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]