聚氮化硫

聚氮化硫，化學式(SN)_x，由硫、氮原子相間的鏈構成。它是第一個被發現可以導電的無機聚合物（英語：Inorganic polymer）。^[1][4]它在極低的溫度（0.26 K）下會變成超導體。^[5][6]它是一種纖維狀固體，顏色取決於樣品的方向。它在空氣中穩定，不溶於所有溶劑。^[7]

聚氮化硫
識別
CAS號	56422-03-8（NS均聚物）  Y
性質
化學式	(SN)x
外觀	古銅色有金屬光澤的晶體[1]
熔點	130 ℃[2]
沸點	240 ℃（爆炸性分解）[2]
溶解性	不溶於水和有機溶劑[3]
相關物質
相關硫的氮化物	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
若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。

歷史

聚氮化硫於1910年由F.P. Burt發現，他通過在真空中把熱的四氮化四硫通過銀纖維來獲得聚氮化硫。^[8]

它是第一個被發現有超導性的非金屬化合物，但它很低的超導臨界溫度（0.3 K）使得將它用作超導體並不實際。^[9][10]

性質

聚氮化硫是一種金色、有金屬光澤的纖維狀晶體。^[10]它對氧氣和水呈惰性，但會在空氣中分解成灰色粉末。^[11][3]聚氮化硫在超過240 °C的溫度^[2]或是受到撞擊時會爆炸。^[3]

聚氮化硫的導電性的各向異性極高。在平行於S—N鏈的方向上，它的導電性良好；而在垂直方向上，導電性則差得多。這種導電性源自S-N鏈的成鍵，其中每個硫原子都提供兩個π電子，而每個氮原子則提供一個π電子，形成兩中心3π電子鍵。^[10]

聚氮化硫有兩種同質異形體。直接製備會產生單斜的I相，它可以通過磨削等機械處理轉變成正交的II相。^[12]

結構

聚氮化硫是聚合物，相鄰鏈上的硫原子和氮原子對齊。^[4][13][14]它的一些共振式如下：^[15]

它的結構已通過X射線晶體學研究，其中S-N鍵長有159 pm和163 pm，S-N-S鍵角為120 °，N-S-N鍵角為106 °。^{[16][17][11][10]}

合成

聚氮化硫可通過二氮化二硫（S₂N₂）的聚合反應產生，而二氮化二硫則是由四氮化四硫（S₄N₄）製備而成的。^[4]把四氮化四硫分解成二氮化二硫的反應可以用熱的銀纖維催化。^[4][1][18]

S₄N₄ + 8Ag → Ag₂S + 2N₂

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

S₂N₂ （@ 0°C） → 熱聚合 → (SN)_x

用處

由於其導電性，聚氮化硫可用於LED、電晶體、電池陰極和太陽能電池。^[18]

參見

• 聚合物
• 超導體

擴展閱讀

King, R.S.P.: Novel chemistry and applications of polythiazyl, Doctoral Thesis Loughborough University 2009, pdf-Download （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）