아이오딘화 질소

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1. 개요
2. 구조
3. 분해 및 폭발성
4. 합성
5. 이용
참조

1. 개요

아이오딘화 질소(NI3)는 질소와 요오드의 화합물로, 삼각뿔형 구조를 가지며 매우 불안정하여 작은 충격에도 폭발하는 특성을 지닌다. 요오드와 암모니아의 반응으로 생성되며, 무수 암모니아 조건에서 NI3 · (NH3)5, 온도 상승 시 NI3 · NH3 부착물을 형성한다. 순수한 NI3는 붕소 질화물과 플루오린화 요오드의 반응으로 얻을 수 있다. NI3는 큰 입체 변형으로 인해 분해가 쉽게 일어나며, 질소 기체와 요오드로 분해된다. 극심한 충격 감도로 인해 상업적 가치는 없으며, 고등학교 화학 실험에서 시연용으로 사용되기도 한다. 폭발 후에는 요오드 얼룩이 남으며, 티오황산 나트륨 용액으로 제거할 수 있다.

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아이오딘화 질소 - [화학 물질]에 관한 문서
일반 정보
질소 삼아이오딘화물 (구조식)
질소 삼아이오딘화물
질소 삼아이오딘화물
IUPAC 이름	질소 삼아이오딘화물
다른 이름	질소 아이오딘화물 암모니아 삼아이오딘화물 터치 파우더 삼아이오딘화 질소 삼아이오딘화 모노나이트라이드 삼아이오도아민 아이오딘화 질소
식별
화학 스파이더 ID	55511
InChI	1/I3N/c1-4(2)3
InChI 키	FZIONDGWZAKCEX-UHFFFAOYAL
표준 InChI	1S/I3N/c1-4(2)3
표준 InChI 키	FZIONDGWZAKCEX-UHFFFAOYSA-N
CAS 등록번호	13444-85-4
펍켐 CID	61603
스마일즈 표기법	IN(I)I
속성
화학식	NI3
몰 질량	394.719 g/mol
외형	어두운 고체
녹는점	해당 없음
끓는점	-20 °C (승화)
용해도	불용성
다른 용매 용해도	다이에틸 에터와 같은 유기 용매에 녹음
pKa	해당 없음
pKb	해당 없음
위험성
주요 위험	매우 폭발성 및 불안정함
NFPA 704	"보건: 3" "화재: 0" "반응성: 4"

2. 구조

질화 삼요오드(Nitrogen triiodide^영어)는 암모니아와 마찬가지로 삼각뿔형 분자 구조(C_3v 분자 대칭)를 갖는다.^[4] 1990년 무암모니아 경로로 순수한 NI₃가 처음 제조되었으며, 라만 분광법으로 특성화되었다. 질화 붕소와 일불화 요오드를 −30 °C에서 삼염화플루오로메탄 내에서 반응시켜 낮은 수율로 순수한 NI₃를 얻을 수 있다.^[3]

일반적으로 "질화 삼요오드"라고 불리는 물질은 요오드와 암모니아의 반응으로 만들어진다. 무수 암모니아 조건, 저온에서 반응시키면 NI₃ · (NH₃)₅가 생성되고, 온도가 상승하면 암모니아가 떨어져 나가 NI₃ · NH₃ 부착물이 생성된다.^[5] 이 부착물은 1812년 베르나르 쿠르투아가 처음 보고했고, 1905년 오스왈드 실버라드가 그 조성을 결정했다.^[5] NI₃ · NH₃ 고체 상태에서는 -NI₂-I-NI₂-I-NI₂-I- 사슬 구조를 가지며, 암모니아 분자는 사슬 사이에 위치한다.^[6]

3. 분해 및 폭발성

NI₃와 NI₃ · NH₃의 불안정성은 질소 원자 주위에 3개의 큰 요오드 원자가 가까이 있어 발생하는 입체 변형 때문이다. 이는 낮은 활성화 에너지를 가지며, N₂ 생성으로 인해 분해 반응이 더욱 촉진된다.^[4] 분해 반응식은 다음과 같다.

:2 NI₃ (s) → N₂ (g) + 3 I₂ (g) (−290 kJ/mol)

건조 상태에서는 접촉 폭발성이 매우 강하며, 깃털, 약한 기류, 레이저 빛, 알파 입자, 핵분열 생성물 등에 의해서도 폭발할 수 있다.^[7]^[8] 폭발 후에는 요오드로 인한 주황색-보라색 얼룩이 남으며, 티오황산 나트륨 용액으로 제거하거나 요오드가 승화되도록 하여 제거할 수 있다.^[4]

건조 상태에서 분해 반응식은 다음과 같다.^[4]

: 8 NI₃ · NH₃ → 5 N₂ + 6 NH₄I + 9 I₂

4. 합성

일반적으로 요오드와 암모니아를 반응시켜 합성한다. 진한 암모니아 수용액에 요오드를 넣으면 바늘 모양의 요오드화 질소 결정이 석출된다. 이 반응을 무수 암모니아에서 저온으로 수행하면, 처음에 NI₃•(NH₃)₅가 생성된다. 이를 가열하면 이 화합물에서 암모니아가 떨어져 나가 NI₃•NH₃이 된다. 이 부가물은 1812년 베르나르 쿠르투아가 처음 보고했고, 1905년 실버라드(Silberrad)가 조성을 결정했다^[12].

1990년에는 암모니아를 사용하지 않고 합성하여 X선 결정 구조 해석을 진행했다. 질화 붕소와 플루오린화 요오드를 트리클로로플루오로메탄에서 -30°C로 반응시켜, 낮은 수율로 NI₃을 얻었다^[10].

5. 이용

아이오딘화 질소는 극도로 충격에 민감하여 실용적인 상업적 가치가 없다. 저장, 운송 및 통제된 폭발이 불가능하기 때문이다.^[4] 고등학교 화학 실험에서 시연 목적으로 소량 합성되기도 한다.^[7] 화합물의 민감성을 강조하기 위해 깃털로 건드려 폭발시키거나, 아주 작은 기류, 레이저 빛, 또는 기타 움직임으로도 폭발을 일으킬 수 있다.^[8] 알파 입자 및 핵분열 생성물에 노출되었을 때 폭발하는 유일한 화학 폭발 물질로도 알려져 있다.^[8]

화학 실험 수업에서 소량 합성이 이루어지는 경우가 있는데, 삼아이오딘화 질소가 충격에 민감하다는 것을 보여주기 위해 깃털 끝으로 만져 폭발을 일으키는 경우가 많지만, 기류가 닿거나 조금만 움직여도 폭발하는 경우가 있다([http://www.youtube.com/watch?v=2KlAf936E90 실험 영상]). 또한, 삼아이오딘화 질소는 알파선이나 중성자선에 노출되어도 폭발한다.

NI₃•NH₃가 폭발하면 주황색에서 보라색 얼룩이 남는데, 이는 티오황산 나트륨 용액으로 제거할 수 있다.

영국의 과학 오락 프로그램 "Brainiac: Science Abuse"에서는 "피터 로건의 폭발 페이스트 (Peter Logan's Exploding Paste)"로 소개되었다. 안전을 위해 자세한 제조법은 소개되지 않았다.

로버트 A. 하인라인의 소설 『자유 미래 (''Farnham's Freehold'')』에서는, 그 이름의 유래인 휴 파넘 (Hugh Farnham)이 암모니아와 아이오딘으로부터 만든 삼아이오딘화 질소를 폭파약으로 사용했다.

참조

_[1] 문서 per analogiam
_[2] 웹사이트 4. Analytical techniques http://www.acornuser[...]
_[3] 논문 Nitrogen Triiodide
_[4] 서적 Inorganic Chemistry Academic Press
_[5] 논문 The Constitution of Nitrogen Triiodide https://zenodo.org/r[...]
_[6] 논문 Die Kristallstruktur von Stickstofftrijodid‐1‐Ammoniak NJ3 · NH3
_[7] 서적 Chemical Magic https://archive.org/[...] Dover
_[8] 논문 Initiation of Explosion by Neutrons, α-Particles, and Fission Products
_[9] 문서 窒素のほうがヨウ素よりも電気陰性度が大きいため、定義上はヨウ素の窒化物である。
_[10] 논문 Angew. Chem., Int. Ed. Engl.
_[11] 서적 Inorganic Chemistry Academic Press
_[12] 논문 On the Constitution of Nitrogen Triiodide.
_[13] 문서 per analogiam
_[14] 웹사이트 4. Analytical techniques http://www.acornuser[...]

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