三ヨウ化窒素

三ヨウ化窒素：衝撃で爆発する化合物

三ヨウ化[窒素]は、窒素とヨウ素からなる化合物で、その特異な性質から知られています。何よりも注目すべきは、その極端な不安定性です。わずかな衝撃、例えば軽い接触や空気の流れ、さらにはα線や中性子線といった放射線によっても爆発的に分解し、紫色のヨウ素蒸気を放出します。この爆発は、黒色火薬を思わせる破裂音とともに発生します。

分解反応

三ヨウ化窒素の分解は、以下の反応式で表されます。

2NI₃(s) → N₂(g) + 3I₂(g)

この反応は、非常に発熱性が高く、ΔH = -290 kJ/mol の大きなエンタルピー変化を伴います。この大きな発熱が、三ヨウ化窒素の爆発的な性質の根源となっています。

構造と合成

三ヨウ化窒素は暗赤色の固体として存在します。その構造は、三角錐形（C₃v対称性）であり、他の三ハロゲン化窒素やアンモニアと類似しています。1990年には、アンモニアを用いない新しい合成経路が確立され、X線結晶構造解析によって構造が詳細に解明されました。この合成法では、窒化ホウ素とフッ化[[ヨウ素]]をトリクロロフルオロメタン中で−30℃で反応させることで、低収率ながら三ヨウ化窒素を得ることができます。

一般的な合成法としては、ヨウ素とアンモニアを用いる方法が知られています。濃アンモニア水溶液にヨウ素を加えると、針状の三ヨウ化窒素の結晶が析出します。無水アンモニア中低温で行うと、まずNI₃・(NH₃)₅が生成し、加温によってアンモニアが脱離してNI₃・NH₃となります。この付加物は、1812年にクールトアによって最初に報告され、1905年にシルベラードによって組成が決定されました。固体状態では−NI₂−I−NI₂−I−NI₂−I···という鎖状構造を形成し、アンモニア分子はこの鎖の間に位置しています。NI₃・NH₃は、暗所、低温、アンモニア雰囲気下では比較的安定ですが、アンモニアを除去すると容易に分解します。

8NI₃・NH₃ → 5N₂ + 6NH₄I + 9I₂

三ヨウ化窒素およびそのアンモニア付加物の不安定性は、窒素分子(N₂)の生成熱の大きさによって説明できます。

実験と文化

高校の化学実験では、三ヨウ化窒素の合成とその爆発性を示す演示実験が行われることがあります。少量の三ヨウ化窒素を羽根の先などで軽く触れると、爆発を起こし、その衝撃的な反応を観察できます。ただし、非常に危険なため、細心の注意が必要です。

三ヨウ化窒素は、その危険性ゆえ、様々な形で文化的に取り上げられてきました。イギリスの科学番組『Brainiac: Science Abuse』では、「ピーター・ローガンの爆発ペースト」として紹介されました（ただし安全のため詳しい製法は公開されませんでした）。また、ロバート・A・ハインラインの小説『自由未来』では、爆薬として用いられる描写があります。

爆発後のオレンジから紫色のヨウ素のしみは、チオ硫酸ナトリウム溶液で除去できます。

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