stringtranslate.com

Пентазениум

В химии катион пентазения (также известный как пентанитрог ) представляет собой положительно заряженный многоатомный ион с химической формулой N. +5и структура N-N-N-N-N . Вместе с твердыми азотсодержащими полимерами и азид- анионом он является одним из трех видов полиазота, получаемых в больших количествах.

История

В рамках исследовательской программы High Energy Density Matter , проводимой ВВС США с 1986 года, систематические попытки приблизиться к полиазотным соединениям начались в 1998 году, когда исследовательская лаборатория ВВС на авиабазе Эдвардс заинтересовалась исследованием альтернатив высокотоксичному ракетному топливу на основе гидразина . и одновременно профинансировал несколько таких предложений. Карл О. Кристе , тогдашний старший исследователь AFRL, решил попытаться построить линейную N+5из N 2 F + и N3, исходя из предложенной структуры облигаций: [1]

[F−N≡N] + + H−N=N + =N → [N≡N−N=N=N] + + HF

Реакция прошла успешно, и [N 5 ] + [AsF 6 ] образовались в достаточных количествах, чтобы их можно было полностью охарактеризовать методами ЯМР, ИК и рамановской спектроскопии в 1999 году. [2] Соль была взрывоопасной, но когда AsF 5 был заменен на Была получена SbF 5 , более сильная кислота Льюиса, гораздо более стабильная [N 5 ] + [SbF 6 ] , ударопрочная и термически стабильная до 60–70 °С. Это сделало возможными большие количества, простоту обращения и рентгеновский анализ кристаллической структуры. [3]

Подготовка

Реакция N 2 F + и HN 3 в сухом HF при −78 °C — единственный известный на сегодняшний день метод:

цис -N 2 F 2 + SbF 5 → [N 2 F] + [SbF 6 ] -
[N 2 F] + [SbF 6 ] + HN 3 → [N 5 ] + [SbF 6 ] + HF

Химия

Н+5способен окислять воду, NO, NO 2 и Br 2 , но не Cl 2 или O 2 ; его сродство к электрону составляет 10,44 эВ (1018,4 кДж/моль). По этой причине Н+5должны быть подготовлены и обработаны в сухой среде:

4 Н+5+ 2 Н 2 О → 4 Н + + 10 Н 2 + О 2
2 [N 5 ] + [SbF 6 ] + 2 Br 2 → 2 [Br 2 ] + [SbF 6 ] + 5 N 2

Из-за стабильности фторантимоната он используется в качестве предшественника для всех других известных солей, что обычно осуществляется реакциями метатезиса в неводных растворителях, таких как HF, SO 2 , CHF 3 или CH 3 CN , где подходящие гексафторантимонаты нерастворимы:

[N 5 ] + [SbF 6 ] + A + B → [N 5 ] + B + A + [SbF 6 ]

Наиболее устойчивые соли N+5при нагревании до 50–60 °С разлагаются: [N 5 ] + [SbF 6 ] , [N 5 ] + [SnF 5 ] и [N 5 ] + [B(CF 3 ) 4 ] , а Наиболее нестабильные соли, которые были получены и изучены, [N 5 ] + [P(N 3 ) 6 ] и [N 5 ] + [B(N 3 ) 4 ] − были чрезвычайно чувствительны к ударам и температуре, взрываясь в растворах как разбавленные. как 0,5 ммоль. Ряд солей, таких как фторид, азид, нитрат или перхлорат, не могут образовываться. [1]

Структура и связь

В теории валентных связей пентазений можно описать шестью резонансными структурами :

[N≡N + −N −N + ≡N] ↔ [N =N + =N−N + ≡N] ↔ [N≡N + −N=N + =N ] ↔ [N≡N + −N + ≡N + −N 2− ] ↔ [N 2− −N + ≡N + −N + ≡N] ↔ [N =N + =N + =N + =N ] ,

где последние три структуры имеют меньший вклад в общую структуру, поскольку они имеют менее благоприятные формальные зарядовые состояния, чем первые три. [4] [ нужен лучший источник ]

Согласно как ab initio расчетам, так и экспериментальной рентгеновской структуре, катион плоский, симметричный, примерно V-образный, с валентными углами 111° у центрального атома (угол N2–N3–N4) и 168° у второго атома. и четвертые атомы (углы N1–N2–N3 и N3–N4–N5). Длины связей N1–N2 и N4–N5 составляют 1,10 Å, а длины связей N2–N3 и N3–N4 – 1,30 Å. [3]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ↑ ab Christe, Карл О. (14 июня 2007 г.). «Последние достижения в химии N+
    5
    , Н
    5
    и соединения с высоким содержанием кислорода». Пороха, взрывчатые вещества, пиротехника . 32 (3): 194–204. doi :10.1002/prep.200700020.
  2. ^ Кристе, Карл О.; Уильям В. Уилсон; Джеффри А. Шихи; Джерри А. Боатц (12 июля 1999 г.). «N + 5: новый гомолептический ион полиазота как материал с высокой плотностью энергии». Angewandte Chemie, международное издание . 38 (13–14): 2004–2009. doi : 10.1002/(SICI)1521-3773(19990712)38:13/14<2004::AID-ANIE2004>3.0.CO;2-7 . ПМИД  34182671.
  3. ^ аб Видж, Ашвани; Уильям В. Уилсон; Вандана Видж; Фук С. Тэм; Джеффри А. Шихи; Карл О. Кристе (9 июня 2001 г.). «Химия полиазота. Синтез, характеристика и кристаллическая структура удивительно стабильных фторантимонатных солей N + 5». Варенье. хим. Соц . 123 (26): 6308–6313. дои : 10.1021/ja010141g. PMID  11427055. Архивировано из оригинала 23 сентября 2017 года . Проверено 29 апреля 2018 г.
  4. ^ «Метод рисования структур Льюиса N + 5» . Блог Chemistry Net . Блогер. 31 октября 2012 года . Проверено 8 ноября 2016 г.