Нитрид трииода

Нитрид трииода
Общие
Систематическое наименование	Иодид азота
Хим. формула	NI3
Рац. формула	I3N
Физические свойства
Состояние	кристаллы
Молярная масса	394,71 ± 0,03 г/моль
Термические свойства
Температура
• кипения	возгоняется при −20 °C
• разложения	от 0 до 25 °C
Энтальпия
• образования	290 кДж/моль
Классификация
Рег. номер CAS	13444-85-4
PubChem	61603
SMILES	N(I)(I)I
InChI	InChI=1S/I3N/c1-4(2)3 FZIONDGWZAKCEX-UHFFFAOYSA-N
ChemSpider	55511
Безопасность
Пиктограммы ECB
NFPA 704	0 3 4
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Медиафайлы на Викискладе

Нитри́д триио́да (иногда йодистый азот, неверно: азид йода) — чрезвычайно взрывчатое неорганическое соединение азота и иода с формулой NI₃. Обычно получается в виде чёрно-коричневых кристаллов — аддукта с аммиаком (аммиаката) NI₃ · n NH₃, но был получен и в индивидуальном виде реакцией BN с IF при низких температурах.

Соединение представляет собой чёрные кристаллы, очень чувствительные к механическим воздействиям. В сухом виде взрывается от прикосновения, образуя розовато-фиолетовое облако паров иода. Скорость детонации 6,712 км/с. Это единственное известное вещество, которое взрывается под воздействием альфа-частиц и других продуктов ядерного распада.

Впервые был получен Бернаром Куртуа в 1812 или 1813 году (по другой версии, это вещество открыл Артур Ганч в 1900 году).

Свойства

Аддукт нитрида иода разлагается при взаимодействии с диэтилцинком Zn(C₂H₅)₂:

${\ce {NH3.NI3 + 3Zn(C2H5)2 -> NH3 + N(C2H5)3 + 3ZnC2H5I}}$

Благодаря именно этой реакции установлено строение аммиачного аддукта нитрида иода

Во влажном виде при наличии избытка аммиака в растворе сравнительно устойчив. Из-за крайней нестабильности применяется как средство для эффектного химического фокуса. Нестабильность вещества вызвана большой длиной связи N—I и большими относительными размерами трёх атомов иода, приходящихся на один атом азота, и, соответственно, низкой энергией активации реакции разложения.

Является единственным известным взрывчатым веществом, способным детонировать от альфа-излучения и осколков деления тяжёлых ядер.

Нерастворим в этаноле. Разлагается горячей водой, кислотами-окислителями, щелочами.

Реакция разложения чистого вещества:

2NI₃ (тв.) → N₂↑ + 3I₂↑ (ΔH = −290 кДж/моль).

Аммиак, который присутствует в аддукте, является восстановителем для образующегося иода:

${\ce {8NI3.NH3 -> 5 N2 ^ + 6 NH4I + 9 I2}}$.

Нитрид трииода подвергается гидролизу с образованием оксида азота(III) и иодоводородной кислоты:

${\ce {2NI3 + 3H2O -> 6HI + N2O3}}$.

Детонация 15 г нитрида трииода

Иодид азота является окислителем; так, образованный in situ при добавлении раствора иода к раствору восстановителя в водном аммиаке, он окисляет гидрохинон до хингидрона (молекулярного комплекса гидрохинона и пара-бензохинона) и бензальдегид до бензойной кислоты.

Синтез

Аммиакаты нитрида трииода

Цепочка NI₃·NH₃ в кристаллической структуре аммиачного аддукта нитрида трииода

В результате реакции элементного иода с водным раствором аммиака в осадок выпадает взрывоопасное коричневое (или чёрное) твёрдое вещество, представляющее собой продукт присоединения аммиака к нитриду трииода:

3I₂ (тв.) + 5NH₃ (раств.) → NI₃·NH₃ (тв.) + 3NH₄I (раств.).

При реакции с безводным аммиаком в условиях низких температур образующийся продукт имеет состав NI₃·(NH₃)₅, при нагревании он начинает терять часть аммиака. Этот аддукт впервые был описан Бернаром Куртуа в 1812, окончательно его формулу определил Oswald Silberrad в 1905 году.

В твёрдом состоянии его структура состоит из цепочек ...—NI₂—I—NI₂—I—NI₂—I—....

Чистый нитрид трииода

Впервые свободный от связанного аммиака нитрид трииода NI₃ был синтезирован в 1930 году взаимодействием дибромиодида калия KIBr₂ с жидким аммиаком. У полученного в этой реакции продукта молярное отношение иода и азота составляло 1:3,04:

${\ce {3 KIBr2 + 4 NH3 -> NI3 + 3 KBr + 3 NH4Br}}$.

Полученный NI₃ сублимировался в вакууме при комнатной температуре и конденсировался в ловушке, охлаждаемой жидким воздухом.

NI₃ образуется также при реакции нитрида бора BN с монофторидом иода IF в трихлорфторметане при −30 °C, хотя и с низким выходом:

${\ce {BN + 3 IF -> NI3 + BF3}}$.

Применение

Вероятно, единственным практическим применением нитрида трииода является иодирование фенолов (и других электрон-обогащённых ароматических соединений). При этом NI₃ получают in situ, добавляя к аммиачному раствору фенола раствор иода. Так, тимол в таких условиях иодируется в орто-положение к гидроксилу с образованием иодтимола, а пиррол количественно иодируется до тетраиодпиррола.

Вместе с тем, благодаря лёгкости получения и эффектности его взрывного разложения взрыв микроколичеств аммиаката иодида азота входит в число демонстрационных экспериментов в курсе неорганической химии.

Регулирование

Согласно § 172.101 Свода федеральных нормативных актов 49 в США запрещена перевозка нитрида трииода.

Литература

• Jander J. II. Nitrogen triiodide // Advances in Inorganic Chemistry and Radiochemistry. — New York [etc.]: Academic Press, 1977. — С. 2—41. — 335 с. — ISBN 978-0-08-057868-2.
• Marinho G. S., de Farias R. F. The structure, thermodynamic instability and energetics of NI₃, its specific impulse and a strategy for its stabilization : [англ.] // Journal of Molecular Structure. — 2021. — Vol. 1232, art. 130075. — P. [1—4]. — ISSN 0022-2860. — doi:10.1016/j.molstruc.2021.130075.
• Wiberg E., Holleman A. F., Wiberg N. 1.3.1 Nitrogen Chlorides, Bromides and Iodides // Inorganic Chemistry. — San Diego [etc.]: Academic Press, 2001. — С. 641. — 1958 с. — ISBN 978-0-12-352651-9.
• Глинка Н. Л. 17.1.2 Аммиак. Соли аммония // Общая химия. — 28-е изд. — М.: Интеграл-пресс, 2000. — С. 430. — 728 с. — ISBN 5-89602-011-2.