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叠氮化合物

2021-07-16 12:27:20

叠氮化合物(英文:azides,hydrazoates,trinitride)在无机化学中,指的是含有叠氮根离子的化合物(N3−{\displaystyle{\ce{N3^-}}});在有机化学中,则指含有叠氮基(−N3{\displaystyle{\ce{-N3}}})的化合物。

叠氮根离子

叠氮根离子为并非直线型结构,不论是离子型态抑或是有机物皆有微微弯曲(约172°),属D∞h{\displaystyle{\text{D}}_{\infty{\text{h}}}}点群,价电子数为16,和NCN2−{\displaystyle{\ce{NCN^2-}}}离子、CNO−{\displaystyle{\ce{CNO^-}}}离子、NCO−{\displaystyle{\ce{NCO^-}}}离子,CO2{\displaystyle{\ce{CO2}}}分子是等电子体。叠氮根离子的化学性质类似于卤离子,例如白色的AgN3Pb(N3)2难溶于水。作为配体能和金属离子形成一系列配合物,如Na2[Sn(N3)6]{\displaystyle{\ce{Na2[Sn(N3)6]}}}Cu(N3)2(NH3)2{\displaystyle{\ce{Cu(N3)2(NH3)2}}}等。

无机叠氮化物

绝大多数叠氮化物进行爆炸分解,但也可通过热化学、光化学或放电法使其缓慢分解。爆炸分解的结果是产生相应的单质,分解热即相当于该化合物的标准生成焓。

有些分解产生氮化物

3LiN3⟶Li3N+4N2↑{\displaystyle{\ce{3LiN3 -> Li3N + 4N2 ^}}}

叠氮化氢的热分解若在1000C及低压条件下进行,产物收集在用液氮冷却的表面上,则反应为:

6HN3⟶7N2+H2+(NH)4{\displaystyle{\ce{6HN3 -> 7N2 + H2 +(NH)4}}}

碱金属叠氮并不爆炸,只是缓慢分解:

2NaN3⟶2Na+3N2↑{\displaystyle{\ce{2NaN3 -> 2Na + 3N2 ^}}}

重金属叠氮化物的分解是由于叠氮根离子的激发,结果一个电子跃迁到导带,产生叠氮基。基态的叠氮基解离成基态的N和N2是选律禁阻的,解离成激发态的N和N2虽是选律允许的,但需要259kJ/mol的能量,因此在常温下并不重要。两个叠氮基之间的相互作用也是选律允许的,并且是个放热的的过程,因此可以认为这一步在固体离子型叠氮化物的分解中是重要的一步。

叠氮化物迅速分解能导致爆炸点火或起爆,但原因尚不清楚。

叠氮化钠被用于汽车的安全气囊内,叠氮化铅被用作起爆剂。

叠氮根配位化合物

叠氮根离子可以以端基或桥基的方式与金属离子相结合:

已知端基配位的较多,桥式的较少。

有机叠氮化合物

有机叠氮化合物的端基碳具有亲核性,并且不稳定容易放出氮气。Curtius重排反应即经过酰基叠氮中间体。

有些叠氮化合物是1,3-偶极体,可进行环加成反应。

应用

每年大约有250吨叠氮化合物被生产出来,其中主要是叠氮化钠

起爆剂与推进剂

叠氮化钠是汽车安全气囊中的推进剂。加热时,叠氮化钠分解产生氮气,以将气囊迅速撑开:

2NaN3⟶2Na+3N2{\displaystyle{\ce{2NaN3 -> 2Na + 3N2}}}

一些重金属叠氮物,例如叠氮化铅(Pb(N3)2{\displaystyle{\ce{Pb(N3)2}}}),是对震动敏感的起爆剂,它们会分解成对应的金属和氮气:

Pb(N3)2⟶Pb+3N2{\displaystyle{\ce{Pb(N3)2 -> Pb + 3N2}}}

叠氮化银和叠氮化钡也有类似的应用。有些有机叠氮化合物可能可以用作火箭推进剂,比如2-二甲基氨基乙基叠氮化物(DMAZ)。

其他应用

由于叠氮化物的使用具有很高的危险性,即使它们有特殊的反应活性,也很少在商业中使用。

参见

参考资料

  1. 刘新锦等.无机元素化学(第二版)氮族元素.北京:科学出版社.2010.01ISBN 978-7-03-026399-5
  2. Jobelius, Horst H.; Scharff, Hans-Dieter. Hydrazoic Acid and Azides.(编)Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA.Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim, Germany: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. 2000-06-15: a13_193.ISBN978-3-527-30673-2.doi:10.1002/14356007.a13_193(英语).
  3. Shriver and Atkins. Inorganic Chemistry(Fifth Edition). New York: W. H. Freeman and Company.: 382.
  • 宋天佑等.《无机化学》下册.北京:高等教育出版社,2004年.ISBN 7-04-015582-6
  • 张青莲等.《无机化学丛书》第四卷,氮磷砷分族.北京:科学出版社,1984年.

外部链接