聚氮化硫

聚氮化硫，化学式(SN)_x，由硫、氮原子相间的链构成。它是第一个被发现可以导电的无机聚合物（英语：Inorganic polymer）。^[1][4]它在极低的温度（0.26 K）下会变成超导体。^[5][6]它是一种纤维状固体，颜色取决于样品的方向。它在空气中稳定，不溶于所有溶剂。^[7]

聚氮化硫
识别
CAS号	56422-03-8（NS均聚物）  Y
性质
化学式	(SN)x
外观	古铜色有金属光泽的晶体[1]
熔点	130 ℃[2]
沸点	240 ℃（爆炸性分解）[2]
溶解性	不溶于水和有机溶剂[3]
相关物质
相关硫的氮化物	一氮化硫 二氮化硫 二氮化二硫 二氮化四硫 四氮化四硫 六氮化五硫
若非注明，所有数据均出自标准状态（25 ℃，100 kPa）下。

历史

聚氮化硫于1910年由F.P. Burt发现，他通过在真空中把热的四氮化四硫通过银纤维来获得聚氮化硫。^[8]

它是第一个被发现有超导性的非金属化合物，但它很低的超导临界温度（0.3 K）使得将它用作超导体并不实际。^[9][10]

性质

聚氮化硫是一种金色、有金属光泽的纤维状晶体。^[10]它对氧气和水呈惰性，但会在空气中分解成灰色粉末。^[11][3]聚氮化硫在超过240 °C的温度^[2]或是受到撞击时会爆炸。^[3]

聚氮化硫的导电性的各向异性极高。在平行于S—N链的方向上，它的导电性良好；而在垂直方向上，导电性则差得多。这种导电性源自S-N链的成键，其中每个硫原子都提供两个π电子，而每个氮原子则提供一个π电子，形成两中心3π电子键。^[10]

聚氮化硫有两种同质异形体。直接制备会产生单斜的I相，它可以通过磨削等机械处理转变成正交的II相。^[12]

结构

聚氮化硫是聚合物，相邻链上的硫原子和氮原子对齐。^[4][13][14]它的一些共振式如下：^[15]

它的结构已通过X射线晶体学研究，其中S-N键长有159 pm和163 pm，S-N-S键角为120 °，N-S-N键角为106 °。^{[16][17][11][10]}

合成

聚氮化硫可通过二氮化二硫（S₂N₂）的聚合反应产生，而二氮化二硫则是由四氮化四硫（S₄N₄）制备而成的。^[4]把四氮化四硫分解成二氮化二硫的反应可以用热的银纤维催化。^[4][1][18]

S₄N₄ + 8Ag → Ag₂S + 2N₂

S₄N₄ （Ag₂S催化） → 2S₂N₂ （w/ 77K 冷阱） → S₂N₂

S₂N₂ （@ 0°C） → 热聚合 → (SN)_x

用处

由于其导电性，聚氮化硫可用于LED、晶体管、电池阴极和太阳能电池。^[18]

参见

• 聚合物
• 超导体

扩展阅读

King, R.S.P.: Novel chemistry and applications of polythiazyl, Doctoral Thesis Loughborough University 2009, pdf-Download （页面存档备份，存于互联网档案馆）