三碘化氮

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三碘化氮
识别
CAS号 13444-85-4
性质
化学式 NI3
摩尔质量 394.77 g·mol⁻¹
密度  ?
熔点 -20 °C 升华
沸点 未知
溶解性(其他溶剂) 分解
相关物质
相关碘化物 三碘化磷
三碘化砷
若非注明,所有数据均出自一般条件(25 ℃,100 kPa)下。

三碘化氮,或称碘化氮,是化学式为NI3无机化合物。它是对接触极其敏感的爆炸物,少量即可引发爆炸而发出噼啪声,伴随有紫色蒸汽的生成。NI3可与NH3等生成一系列的加合物,结构复杂,但由于稳定性不强,因此研究不多。其中典型的如NI3·NH3,含有-N-I-骨架,是个聚合物

分解[编辑]

NI3分解反应为:

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

NI3及衍生物的结构[编辑]

三碘化氮是深红色固体,1990年首次用X射线晶体学研究了其结构。当时的制备路线不含氨,是以氮化硼一氟化碘在−30 °C和三氯一氟甲烷溶剂中反应制得的,产物纯但产率不高。[1]及其他氮的三卤化物一样,NI3为三角锥型结构,分子对称性C3v[2]

一般以反应制备“三碘化氮”。于低温无水氨中反应时,反应的初始产物是NI3·(NH3)5,温度升高时该物质失去氨生成1:1的加合物NI3·NH3。而以碘和氨水反应时,首先生成的是碘代胺:

2NH3 + I2 ⇌ NH2I + NH4+ + I

碘浓度足够大时,可析出黑色NI3·NH3固体:

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

这个加合物是法国化学家伯纳德·库图瓦在1812年首先发现的,但化学式却直到1905年才由斯尔波拉德(Silberrad)搞清楚。[3] 它在固态时含有由类似硅氧四面体[4] 的NI4四面体联结而成的 - NI2 - I - NI2 - I - NI2 - I - 长链,氨分子位于链间。此外,在(NI3·NH3)n结构中,N-I'-N'三原子为线形或接近线形,对称性很强,它们之间的作用力可以用分子轨道理论中的三中心四电子键来描述。[4]

NI3·NH3在暗处和用氨润湿时是稳定的,乾燥時按下列反应爆炸性分解:[2]

8NI3·NH3 → 5 N2 + 6 NH4I + 9 I2

热力学上,NI3·NH3的不稳定性可归咎于特别稳定的产物N2,氮分子中键级为3;然而其爆炸性亦可能与碘原子相对较大的半径导致的位阻有关。

除NI3·NH3外,三碘化氮还可与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]

演示爆炸反应[编辑]

  • 高中课堂中,常以少量的三碘化氮来演示“化学炸弹”,[5]“引爆剂”则通常是羽毛或空气气流,以突出其感度之强。此外,三碘化氮还是唯一已知的可被α粒子核裂变产物引爆的炸药。[6]
  • NI3·NH3爆炸后留下的橙黄-紫色的迹可用硫代硫酸钠溶液洗去。
  • 三碘化氮是Brainiac科学系列节目(Brainiac: Science Abuse)"Peter Logan's Exploding Paste"一集中所用的爆炸物。由于安全原因,节目中并未透露制备三碘化氮的细节。
  • 罗伯特·海因莱因的小说《法汉的赎身契》(Farnham's Freehold)中,同名的休·法汉将三碘化氮(由氨和碘制备)作为爆炸火药使用。

参考资料[编辑]

  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 张青莲等.《无机化学丛书》第四卷.北京:科学出版社.
  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.

外部链接[编辑]

HI He
LiI BeI2 BI3 CI4, ICN NI3, NH4I I2O4, I2O5, I4O9 IF, IF3, IF5, IF7 Ne
NaI MgI2 AlI3, AlI SiI4 PI3, P2I4, PI5 S ICl, ICl3 Ar
KI CaI2 ScI3 TiI4 VI3 CrI3 MnI2 FeI2 CoI2 NiI2 CuI ZnI2 Ga2I6 GeI2, GeI4 AsI3 Se IBr Kr
RbI SrI2 YI3 ZrI4 Nb Mo Tc Ru Rh PdI2 AgI CdI2 InI3 SnI4, SnI2 SbI3 TeI4 I2 Xe
CsI BaI2   Hf Ta W Re Os Ir PtI4 AuI Hg2I2, HgI2, K2HgI4 TlI PbI2 BiI3 Po AtI Rn
Fr RaI2   Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
LaI3 Ce Pr NdI3 Pm SmI2 Eu Gd TbI3 DyI3 Ho Er Tm Yb Lu
AcI3 ThI4 Pa U Np Pu AmI3 Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr