三氧化二氢，也称为 “过三氧化氢”，化学式为 “H₂O₃” 或 “HOOOH”，是氢的氧化物。在常温下为无色至微紫色液体，易挥发，有鱼腥味。三氧化二氢是一种不稳定的化合物，能自发地分解为水与单线态氧，室温下有机溶剂中的三氧化二氢的半衰期约为 16 分钟，而在水中的半衰期只有几毫秒。理论研究表明，有顺式和反式，反式－己二烯二酸共两种异构体，其中反式异构体比顺式异构体更稳定。

简介

在化学反应中，正反应和逆反应的速率往往受到多种因素的影响，包括反应物的浓度、温度、催化剂的存在等。在您提到的反应中，即向水分子中插入单线态氧原子的过程，通常由于单线态氧原子的浓度较低，导致逆反应的速率小于正反应的速率。

理论化学的研究为我们提供了对这类反应更深入的理解。通过使用二阶全活化空间微扰理论（CASPT2），科学家们能够预测不同异构体的稳定性和激发态特性。在三氧化二氢（H2O3）的情况下，存在顺式（cis）和反式，反式－己二烯二酸（trans）两种几何异构体。理论预测表明，反式异构体比顺式异构体更加稳定，这可能是由于在反式异构体中，分子内的相互作用更为有利。

具体到激发态的特性，CASPT2的预测结果显示，顺式三氧化二氢中寿命最长的激发态是21A"态，其跃迁能对应于167.43纳米的波长，而其激发态的寿命大约为1.44×10^-5秒。相比之下，反式三氧化二氢中寿命最长的激发态是21A态，其跃迁能对应于165.52纳米的波长，激发态的寿命稍长，大约为2.07×10^-5秒。

这些数据表明，无论是顺式还是反式，反式－己二烯二酸三氧化二氢，其激发态都是相对短命的，这意味着它们在形成后很快就会通过各种途径分解。因此，即使在实验室条件下成功制备了三氧化二氢，它也会很快在水中分解，这解释了为什么这种物质在自然环境中难以稳定存在。

制备方法

三氧化二氢可由 O3 和 H2O2 的反应或水的电解少量制备。用以上两种反应制得的过三氧化二氢的量虽然较少，但已可检测出其存在。

若需获得大量H₂O₃，则要利用有机还原剂（例如氢化偶氮苯）在有机溶剂中低温还原O₃，H₂O₃也能在有机过三氧化氢分解时产生（ROOOH）。

此外，无机化学中提到了双氧水的制作方法，如在硫酸中加入过氧化钡、在硫酸中加入过氧化钠等方法，虽然这些方法是制作双氧水，但也可能为三氧化二氢的制备研究提供一些借鉴。

结构

光谱学分析已指出三氧化二氢分子具有曲折的结构（H-O-O-O-H），具有C2对称性，其中，H₂O₃O-O键的键长约为142.8pm，略短于H2O3中的146.4pm。O-H键的键长为96.6pm，H-O-O键角为101.9°，O-O-O键角为106.8°，H-O-O-O二面角为81.2°。

H₂O₃还可能以多种二聚体及三聚体的形式存在。

酸性

H₂O₃是一种弱电解质，其酸性比H₂O₂略强，在溶液中可电离产生H+和OOOH-。

化学性质

三氧化二氢也称为 “过三氧化氢”，是一种氧化物，化学式为 “H₂O₃” 或 “HOOOH”。常温下为无色至微紫色液体，有鱼腥味，易挥发，不稳定。其能自发地分解为水与单线态氧，室温下有机溶剂中的三氧化二氢的半衰期约为 16 分钟，而在水中的半衰期只有几毫秒。三氧化二氢是一种多H₂O，额外的氧原子使许多过氧化物极易燃，三氧化二氢比过氧化物更具反应性，其化学上被写成 ROOOH，其中 R 是任何键合基团，例如碳组。三氧化二氢的超反应性与其他化学物质截然不同，几乎可以和任何其他化学物质产生反应，而且这个反应是相互的。最惊人的是，几乎所有的化学反应都会产生三氧化二氢。

反应

三氧化二氢能与有机硫化物反应生成亚，但现在对这类反应的了解仍不多。

存在形式

由于在生命系统中H₂O₃像臭氧/过氧化氢混合物一样，也能由人体内的抗体能产生，并利用其强氧化性对抗入侵的细菌等病原体。所以新近的研究认为H₂O₃是上述混合物中起抗菌作用的活性物质。生命系统中H₂O₃由免疫细胞产生的单线态氧和水反应获得（该化学反应的方向视各物质的浓度而定）。

2005年，H₂O₃被利用微波光谱学在超音速客机中发现，其分子呈现反式构象（trans conformation），其中的O-O键短于H₂O₂中的O-O键。

计算化学方面的预测表明还可能有包含更多氧原子的链状分子（或过多H₂O）存在，在低温气体中，甚至连具有无数个氧原子的链也可能存在。

在该证据支持下，一项对星际物质中的这类物质的寻找可能将会展开。

参考资料

三氧化二氢的简介.中国化工企业联盟.2024-09-07

The Rotational Spectrum and Structure of HOOOH.Journal of the American Chemical Society．.2024-09-07

三氧化二氢的结构及存在形式有哪些.元素商城.2024-09-07