三碘化氮
三碘化氮，或稱碘化氮，是化學式為NI3的無機化合物。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，伴隨有紫色碘蒸汽的生成。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。
| 三碘化氮 | |
|---|---|
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| 識別 | |
| CAS號 | 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，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。 | |
分解
NI3的分解反應為：
- 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，是以氮化硼和一氟化碘在−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] 和氨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]
一般以碘和氨反應製備「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：
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粒子和核裂變產物引爆的炸藥。[6]
- NI3·NH3爆炸後留下的橙黃-紫色的碘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。
- 在羅伯特·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
- ^ 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 張青蓮等．《無機化學叢書》第四卷．北京：科學出版社．
- ^ 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.