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三碘化氮

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三碘化氮
識別
CAS號 13444-85-4  ✓
PubChem 61603
ChemSpider 55511
SMILES
InChI
InChIKey FZIONDGWZAKCEX-UHFFFAOYAL
性質
化學式 NI3
摩爾質量 394.77 g·mol⁻¹
密度 ?
熔點 -20 °C 升華
沸點 未知
溶解性(其他溶劑) 分解
相關物質
其他陰離子 三氟化氮
三氯化氮
三溴化氮
相關碘化物 三碘化磷
三碘化砷
若非註明,所有數據均出自一般條件(25 ℃,100 kPa)下。

三碘化氮,或稱碘化氮,是化學式為NI3無機化合物。它是對接觸極其敏感的爆炸物,少量即可引發爆炸而發出噼啪聲,伴隨有紫色蒸汽的生成。NI3可與NH3等生成一系列的加合物,結構複雜,但由於穩定性不強,因此研究不多。其中典型的如NI3·NH3,含有-N-I-骨架,是個聚合物

分解

NI3分解反應為:

2NI3(s) → N2(g) + 3I2(g); ΔH = –290 kJ/mol

NI3及衍生物的結構

三碘化氮是深紅色固體,1990年首次用X射線晶體學研究了其結構。當時的製備路線不含氨,是以氮化硼一氟化碘在−30 °C和三氯一氟甲烷溶劑中反應製得的,產物純但產率不高。[1]及其他氮的三鹵化物一樣,NI3為三角錐型結構,分子對稱性C3v[2]

一般以反應製備「三碘化氮」。於低溫無水氨中反應時,反應的初始產物是NI3·(NH3)5,溫度升高時該物質失去氨生成1:1的加合物NI3·NH3。而以碘和氨水反應時,首先生成的是碘代氨:

2NH3 + I2
NH2I + NH4+ + I-

碘濃度足夠大時,可析出黑色NI3·NH3固體:

NH2I + 2I2 + 3NH3 → 2NH4+ + 2I + NI3·NH3(s)

這個加合物是法國化學家伯納德·庫圖瓦在1812年首先發現的,但化學式卻直到1905年才由斯爾波拉德(Silberrad)搞清楚。[3] 它在固態時含有由類似矽氧四面體[4] 的NI4四面體聯結而成的 - NI2 - I - NI2 - I - NI2 - I - 長鏈,氨分子位於鏈間。此外,在(NI3·NH3)n結構中,N-I'-N'三原子為線形或接近線形,對稱性很強,它們之間的作用力可以用分子軌道理論中的三中心四電子鍵來描述。[4]

NI3·NH3在暗處和用氨潤濕時是穩定的,乾燥時按下列反應爆炸性分解:[2]

8NI3·NH3 → 5 N2 + 6 NH4I + 9 I2

熱力學上,NI3·NH3的不穩定性可歸咎於特別穩定的產物N2,氮分子中鍵級為3;然而其爆炸性亦可能與碘原子相對較大的半徑導致的位阻有關。

除NI3·NH3外,三碘化氮還可與路易斯鹼生成其他加合物,如:NI3·3 NH3、NI3·~5 NH3、NI3·C5H5N、NI3·CH3C5H4N、NI3·~5.5 C5H5NO和NI3·~2.5 C4H4S等。[4]

演示爆炸反應

  • 高中課堂中,常以少量的三碘化氮來演示「化學炸彈」,[5]「引爆劑」則通常是羽毛或空氣氣流,以突出其感度之強。此外,三碘化氮還是唯一已知的可被α粒子核裂變產物引爆的炸藥。[6]
  • NI3·NH3爆炸後留下的橙黃-紫色的跡可用硫代硫酸鈉溶液洗去。
  • 三碘化氮是Brainiac科學系列節目(Brainiac: Science Abuse)"Peter Logan's Exploding Paste"一集中所用的爆炸物。由於安全原因,節目中並未透露製備三碘化氮的細節。
  • 羅伯特·海因萊因的小說《法漢的贖身契》(Farnham's Freehold)中,同名的休·法漢將三碘化氮(由氨和碘製備)作為爆炸火藥使用。

參考資料

  1. ^ Tornieporth-Oetting, I.; Klapötke, T. Angewandte Chemie International Edition in English, 1990, volume 29, pages 677-679. [1]
  2. ^ 2.0 2.1 Holleman, A. F.; Wiberg, E. "Inorganic Chemistry" Academic Press: San Diego, 2001. ISBN 0-12-352651-5.
  3. ^ Silberrad, O. "On the Constitution of Nitrogen Triiodide" Journal of the Chemistry Society 1905, volume 87, pages 55-66. DOI: 10.1039/CT9058700055
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 張青蓮等.《無機化學叢書》第四卷.北京:科學出版社.
  5. ^ Ford, L. A. and Grundmeier, E. W. Chemical Magic. Dover, 1993, p. 76. ISBN 0-486-67628-5
  6. ^ Bowden, F. P. Initiation of explosion by neutrons, α-particles, and fission products. Proc. Roy. Soc. (London) 1958, A246, 216-19.

外部連結

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