疊氮化物

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更新時間: 2013-12-11

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疊氮化物,在無機化學中,指的是含有疊氮根離子的化合物(N3−);在有機化學中,則指含有疊氮基(-N3)的化合物。通式為R(N3)x,R表示幾乎所有的金屬原子、氫原子、鹵素原子、銨基(NH4)及有機基團(如甲基、苯基、醯基等)。絕大多數輕金屬疊氮化物都不穩定,容易發生爆炸,需避光和防止受熱和震撞。

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1 疊氮化物 -簡介

疊氮化物疊氮根離子的結構,藍框內表示的是大π鍵。

疊氮化合物在無機化學中,指的是含有疊氮根離子的化合物(N3−);在有機化學中,則指含有疊氮基(-N3)的化合物。通式為R(N3)x。R表示幾乎所有的金屬原子、氫原子、鹵素原子、銨基(NH4)及有機基團(如甲基、苯基、醯基等)。疊氮基(-N3)具有鏈狀結構(N=N=N),例如疊氮化鈉(Na-N=N-N)、疊氮苯(C6H5-N=N=N)。所有重金屬疊氮化物、疊氮酸、有機疊氮化物及絕大多數輕金屬疊氮化物都不穩定,容易發生爆炸,需避光和防止受熱和震撞。鹼金屬和鹼土金屬的疊氮化物是水溶性的;疊氮化鈉是生產重要起爆劑疊氮化鉛和其他疊氮化物的原料。

氫疊氮酸的衍生物。通常為無色液體,中性,可被濃酸破壞,化學性質與鹵素的相應化合物類似。大多數疊氮化物不穩定,對震動十分敏感。例如,疊氮化鉛Pb(N3)2受熱到350℃或受撞擊時就發生爆炸,可在雷管中做起爆劑。鹼金屬和鹼土金屬的疊氮化物溶於水。常用疊氮化鈉NaN3作為生產鉛、銀或銅等的疊氮化物的原料。疊氮化鈉是有毒的晶狀固體,約在300℃分解。

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工業上是將氧化二氮通入熔融的氨基鈉來製取: 2NaNH2+N2O─→NaN3+NH3+NaOH

鹼金屬的疊氮化物也可由鹼金屬與氮直接反應製取。但當溫度較高時,則又強烈分解為金屬和氮或生成鹼金屬的氮化物。

2 疊氮化物 -疊氮根離子

疊氮根離子為直線型結構,屬 D∞h 點群,價電子數為16,和NCN2−離子,CO2分子是等電子體。疊氮根離子的化學性質類似於鹵離子,例如白色的 AgN3 和 Pb(N3)2 難溶於水。

3 疊氮化物 -無機疊氮化物

絕大多數疊氮化物進行爆炸分解,但也可通過熱化學、光化學或放電法使其緩慢分解。爆炸分解的結果是產生相應的單質,分解熱即相當於該化合物的標準生成焓。

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有些分解產生氮化物:
3LiN3 → Li3N + 4N2

疊氮化氫的熱分解若在1000oC及低壓條件下進行,產物收集在用液氮冷卻的表面上,則反應為:
6HN3 → 7N2 + H2 + (NH)4

鹼金屬疊氮並不爆炸,只是緩慢分解:
2NaN3 → 2Na + 3N2

重金屬疊氮化物的分解是由於疊氮根離子的激發,結果一個電子躍遷到導帶,產生疊氮基。基態的疊氮基解離成基態的N和N2是選律禁阻的,解離成激發態的N和N2雖是選律允許的,但需要259kJ/mol的能量,因此在常溫下並不重要。兩個疊氮基之間的相互作用也是選律允許的,並且是個放熱的的過程,因此可以認為這一步在固體離子型疊氮化物的分解中是重要的一步。
疊氮化物迅速分解能導致爆炸點火或起爆,但原因尚不清楚。
疊氮化鈉被用於汽車的安全氣囊內,疊氮化鉛被用作起爆劑。

4 疊氮化物 -疊氮根配位化合物

 
疊氮化物橋式配位的Zn(N3)2(C5H5N)2
 
疊氮根離子可以以端基或橋基的方式與金屬離子相結合:
  
疊氮化物疊氮根離子和金屬離子的結合方式,第一個為端基,后兩個為橋基
已知端基配位的較多,橋式的較少。

5 疊氮化物 -有機疊氮化合物

疊氮化物有機疊氮化合物

有機疊氮化合物的端基碳具有親核性,並且不穩定容易放出氮氣。Curtius重排反應即經過醯基疊氮中間體。
有些疊氮化合物是1,3-偶極體,可進行環加成反應。

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