氮6
此條目介紹的是線狀結構的六氮。关于其理論上的環狀結構，请见「六嗪」。| 氮6 | |
|---|---|
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| 首选IUPAC名 己氮-1,2,4,5-四烯 (hexaaza-1,2,4,5-tetraene) | |
| 别名 | 六氮 |
| 识别 | |
| CAS号 | |
| PubChem | 23527683 |
| SMILES |
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| 性质 | |
| 化学式 | N6 |
| 摩尔质量 | 84.04 g·mol−1 |
| 外观 | 無色 |
| 危险性 | |
| 主要危害 | 具爆炸性 |
| 相关物质 | |
| 相关化学品 | 六嗪、五唑陰離子、五唑 |
| 若非注明，所有数据均出自标准状态（25 ℃，100 kPa）下。 | |
氮6（Hexanitrogen，化學式：N6），也稱為六氮或己氮-1,2,4,5-四烯（diazide, hexaaza-1,2,4,5-tetraene），是氮元素的一種同素異形體。此分子由六個氮原子透過共價鍵連接組成，結構相當於兩個疊氮單元（N3）相連。其穩定性與分子結構在2016年已有理論計算預測[1]，並於2025年首次在實驗室中成功合成。[2] 它在低溫環境下能穩定存在。[2] 與其對應的、對稱性更高的苯環狀類似物六嗪，目前仍僅存在於理論預測中。
六氮的成功合成被視為一項重大突破，因為這類由更多氮原子組成的同素異形體，在推進劑、炸藥或儲能材料等領域具有極高的潛在應用價值。[3][4][5][6]
合成
[编辑]六氮是透過疊氮化銀（AgN3）與氯氣或溴氣在室溫及減壓條件下反應製得，反應過程中會生成疊氮化氯或疊氮化溴作為中間產物。生成的六氮可透過在固態氬（10 K）中進行基質隔離，或在液態氮冷卻的表面（77 K）上冷凝來收集。[2]
結構
[编辑]六個氮原子形成一條直鏈結構，相當於兩個疊氮（N3）單元頭尾相連。
六氮分子的鍵長與鍵角
理論計算分析預測，分子中的鍵長有顯著差異，顯示出複雜的電子分佈，且分子中心部分呈現反式幾何構型。末端的雙鍵（N1=N2 及 N5=N6）長度較短，約為 1.138 Å。相鄰的雙鍵（N2=N3 及 N4=N5）稍長，約為 1.251 Å，而連接兩個單元中心的單鍵（N3–N4）最長，約為 1.460 Å。每個類似疊氮的單元大致呈線性，在N2和N5處的鍵角約為 172.5°；而在N3和N4處則呈現明顯彎曲，鍵角約為 107°。[2]
反應性
[编辑]根據計算化學的研究結果，六氮直接分解為三個氮分子的途徑（ΔG‡ = 14.8 kcal mol-1），其能障（反應門檻）低於分子從中央斷裂分解為兩個疊氮自由基的途徑（ΔG‡ = 26.1 kcal mol-1）。因此，六氮被認為會優先選擇前者（直接分解為氮氣）的途徑。計算結果進一步顯示，六氮在室溫下的半衰期非常短，約為35.7毫秒，但在77 K的低溫條件下則非常穩定，半衰期可長達132年。[2] 六氮分解為氮氣時釋放的能量經計算為 185.2 kcal mol-1，相當於每單位重量TNT所釋放能量的約2.2倍。[2]
參見
[编辑]參考資料
[编辑]- ^ Greschner, Michael J.; Zhang, Meng; Majumdar, Arnab; Liu, Hanyu; Peng, Feng; Tse, John S.; Yao, Yansun. A New Allotrope of Nitrogen as High-Energy Density Material. The Journal of Physical Chemistry A. 2016, 120 (18): 2920–2925. Bibcode:2016JPCA..120.2920G. PMID 27088348. doi:10.1021/acs.jpca.6b01655.
- ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 Qian W, Mardyukov A, Schreiner PR. Preparation of a neutral nitrogen allotrope hexanitrogen C2h-N6. Nature. June 2025, 642 (8067): 356–360. PMC 12158757
. PMID 40500322. doi:10.1038/s41586-025-09032-9.
- ^ Halford B. A new nitrogen allotrope has been created at last.. Chemical & Engineering News. 2025-06-11 [2026-01-27]. （原始内容存档于2025-12-17）.
- ^ Wogan T. Most energetic molecule ever made is stable – in liquid nitrogen.. Chemistry World. 2025-06-13 [2026-01-27]. （原始内容存档于2026-01-05）.
- ^ Mondal S. Successful synthesis of neutral N6 opens door for future energy storage.. phys.org. 2025-06-18 [2026-01-27]. （原始内容存档于2025-12-19）.
- ^ DeepTech深科技. 填补元素周期表两个世纪空白：科学家合成能量最高的六氮分子，打破“难合成氮同素异形体”桎梏. 麻省理工科技评论. 2025-07-08.
