三碘化氮
三碘化氮，或称碘化氮，是化学式为NI3的无机化合物。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，伴随有紫色碘蒸汽的生成。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。
| 三碘化氮 | |
|---|---|
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| 识别 | |
| CAS号 | 13444-85-4 
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| PubChem | 61603 |
| ChemSpider | 55511 |
| SMILES |
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| InChI |
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| InChIKey | FZIONDGWZAKCEX-UHFFFAOYAL |
| 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 | |
| 其他阴离子 | 三氟化氮 三氯化氮 三溴化氮 |
| 相关碘化物 | 三碘化磷 三碘化砷 |
| 若非注明，所有数据均出自标准状态（25 ℃，100 kPa）下。 | |
分解
NI3的分解反应为：
- 2NI3(s) → N2(g) + 3I2(g); ΔH = –290 kJ/mol
NI3及衍生物的结构
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，是以氮化硼和一氟化碘在−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] 和氨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]
一般以碘和氨反应制备“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，首先生成的是碘代氨：
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，干燥时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碱生成其他加合物，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
- 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粒子和核裂变产物引爆的炸药。[6]
- NI3·NH3爆炸后留下的橙黄-紫色的碘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。
- 在罗伯特·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
- ^ Tornieporth-Oetting, I.; Klapötke, T. Angewandte Chemie International Edition in English, 1990, volume 29, pages 677-679. [1]
- ^ 2.0 2.1 Holleman, A. F.; Wiberg, E. "Inorganic Chemistry" Academic Press: San Diego, 2001. ISBN 0-12-352651-5.
- ^ Silberrad, O. "On the Constitution of Nitrogen Triiodide" Journal of the Chemistry Society 1905, volume 87, pages 55-66. DOI: 10.1039/CT9058700055
- ^ 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．
- ^ Ford, L. A. and Grundmeier, E. W. Chemical Magic. Dover, 1993, p. 76. ISBN 0-486-67628-5
- ^ Bowden, F. P. Initiation of explosion by neutrons, α-particles, and fission products. Proc. Roy. Soc. (London) 1958, A246, 216-19.