五水素化窒素
五水素化窒素
理論計算による窒素五水和物の可能な構造[ 1 ]
名前
その他の名前
水素化アンモニウム
識別子
3Dモデル（JSmol）
  • InChI=1S/H5N/h1H5
    キー: QPGNFWUGXLWWDO-UHFFFAOYSA-N
  • 共有結合: [NH5]
  • イオン性: [H-].[NH4+]
プロパティ
H 5 N
モル質量19.047  g·mol −1
構造
三角両錐型分子構造（共有結合[ 1 ]）
0 D（共有結合[ 1 ]）
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）における材料のものです。

五水素化窒素は、水素化アンモニウムとも呼ばれ、化学式NH 5の仮説上の化合物です。五水素化窒素には2つの理論的な構造があります。1つの構造は、三方両錐形の分子形状のNH 5分子です。その窒素原子と水素原子は共有結合しており、その対称群はD 3hです。[ 1 ]五水素化窒素のもう1つの予測構造は、アンモニウムイオンと水素化物イオン（NH 4 + H − ）で構成されるイオン化合物です。現在まで、この物質を合成した人やその存在を証明した人はおらず、関連する実験では五水素化窒素が直接観察されていません。反応生成物に基づいて、それが反応性中間体である可能性があると推測されているだけです。理論計算では、この分子は熱力学的に不安定であることが示されている。[ 4 ]理由は、五フッ化窒素の不安定性と似ている可能性があり[ 5 ]、その存在の可能性は低いです。しかし、五水素化窒素は特殊な条件下や高圧下で存在する可能性がある。五水素化窒素は1966年に研究用固体ロケット燃料としての利用が検討された。 [ 6 ]

研究と試み

いくつかの研究では、窒素五水素化物は、水銀 [ 7 ] [ 8 ] やリチウムなどの他の金属原子の結晶格子の形成中に存在する可能性があると考えられています。また、ハロゲン化アンモニウムとの置換反応の可能性を探る関連研究もあります。 [ 9 ] アンモニウムと重水素を反応させて五水素化物を生成しようとする試みもありますが、いくつかの実験では、それが反応性中間体に過ぎず、すぐにアンモニアと水素に分解する可能性があることが示されています。 [ 10 ] [ 1 ]重水素を使用した実験でも同様です。[ 2 ] [ 1 ]ただし、上記の研究はすべて理論計算にすぎず、窒素五水素化物の存在は観察されておらず、この物質の存在は示されていません。

溶融状態のトリフルオロ酢酸アンモニウムと水素化リチウムとの置換反応を試みた実験では、五水素化窒素の存在の可能性を調べた。[ 10 ]

CF 3 COONH 4 + LiH → CF 3 COOLi + [NH 4 H]

トリフルオロ酢酸アンモニウムと重水素化リチウムの反応において、生成するアンモニアには通常のアンモニアが85%、モノ重水素化アンモニアが15%含まれます。生成する水素には、重水素化水素が66% 、水素ガスが21%、重水素ガスが13%含まれます。テトラ重水素化トリフルオロ酢酸アンモニウムと水素化リチウムを用いて回収した生成物では、アンモニアにはND 3、NHD 2、NH 2 Dが含まれ、水素には重水素化水素が68%、水素ガスが18%、重水素ガスが14%含まれます。したがって、反応には2つの経路があるのではないかと推測されている。1つは直接アンモニアと水素に分解する経路、もう1つは最初にアンモニウム重水素化物反応中間体を生成し、部分的に重水素アニオンと水素カチオンを形成して重水素化水素とアンモニアを形成し、水素化物イオンまたは重水素カチオンを形成して水素または重水素ガスに分解する経路である。[ 1 ]

しかし、すぐに水素とアンモニアに分解し、その存在を証明することは不可能でした。重水素を用いた実験でも、依然として同じ結果が得られています。[ 2 ]

[NH 4 H] → NH 3 + H 2

構造

共有結合した窒素五水素化物の可能な構造[ 1 ]

いくつかの論文では五水素化窒素に関する理論計算が行われており、五水素化窒素が水素化物イオンとアンモニウムイオンのイオン結晶を形成する可能性は低いと考えられています。しかし、アンモニウムの水素原子の1つに水素が結合している可能性はあります。[ 1 ]また、五フッ化窒素と同様に、炭酸イオンと同様に三中心二電子結合を形成するか、あるいは5つの水素原子が窒素原子の周りに三角両錐構造で配置されている可能性があります。[ 1 ]

五水素化窒素に似た化合物に、理論上の五フッ化窒素がある。その構造はテトラフルオロアンモニウムフルオリド (NF 4 + F − ) と推定されている。[ 11 ]五水素化窒素と同様に、窒素と5つの同じ原子の化合物であるが、五フッ化窒素も仮説上の化合物であり、まだ合成されておらず、理論的な研究しか存在しない。[ 12 ]五水素化窒素よりも安定しているリン五水素化物(PH 4 H)などの他のニクトゲン五水素化物は理論的にはより安定しているが、ホスフィンと水素ガスへの分解に対して依然として不安定である。その有機誘導体 (ホスホラン) はより安定しており、安定したペンタフェニルリン(Ph 5 P)などがある。[ 13 ]理論上の五水素化ヒ素など、他のより重い五水素化窒素が存在する可能性が高い。[ 14

参考文献

  1. ^ a b c d e f g h i j Olah, GA; Prakash, GKS (2003). 「Across Conventional Lines: Selected Papers of George A Olah(In 2 Volumes)」 . World Scientific Series in 20th Century Chemistry. p. 759. ISBN 978-981-4498-54-8. 2021年11月25日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  2. ^ a b c Merlet, P. and Koschel, D. and Hack, W. and Haubold, R. and Ohms-Bredemann, U. and Heinrich-Sterzel, C. and Wagner, J. and Keller-Rudek, H. and Schi{\"o}berg, D. and Strametz, C. (2013). N 窒素：希ガスおよび水素を含む化合物．Gmelin Handbook of Inorganic and Organometallic Chemistry - 8th edition. Springer Berlin Heidelberg. p. 278. ISBN 978-3-662-06333-0. 2017年8月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。{{cite book}}: CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク)
  3. ^ Hisham, Mohamed WMおよびBenson, Sidney W. (1988). 「無機固体の熱化学。8. 異なる陰イオン化合物の生成エンタルピー間の経験的関係」. The Journal of Physical Chemistry . 92 (21): 6107– 6112. doi : 10.1021/j100332a052 .{{cite journal}}: CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク)
  4. ^ Ewig, Carl S.; Van Wazer, John R. (1989). 「分子構造とエネルギー論の第一原理研究. 3. 五配位窒素NFnH5-n化合物」.アメリカ化学会誌. 111 (12): 4172– 4178. doi : 10.1021/ja00194a005 .
  5. ^ Kurzydłowski, Dominik; Zaleski-Ejgierd, Patryk (2016年12月). 「高圧下で安定化した六配位窒素(V)」 . Scientific Reports . 6 (1) 36049. Bibcode : 2016NatSR...636049K . doi : 10.1038/ srep36049 . PMC 5093683. PMID 27808104 .  
  6. ^ Sterrett, KF; Caron, AP (1966). 「水素燃料の高圧化学」ノースロップ・スペース・ラボ。2011年8月23日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2017年8月21日閲覧。
  7. ^ Bard, AJ、Inzelt, G.、Scholz, F. (2012).電気化学辞典. Springer Berlin Heidelberg. ISBN 978-3-642-29550-8. LCCN  2012945766 . 2017年8月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。{{cite book}}: CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク)
  8. ^ Gladyshev, VP; Kovaleva, SV; Khramtsova, NA (2001). 「ストリッピングボルタンメトリーによるアンモニウムの定量」. Journal of Analytical Chemistry . 56 (5). Springer: 443– 448. doi : 10.1023/A:1016627003444 . S2CID 195095419 . 
  9. ^ Olah, George A.; Donovan, Daniel J.; Shen, Jacob; Klopman, Gilles (1975). 「オニウムイオン. XVI. 重水素化リチウム（水素化物）によるアンモニウム（テトラデューテリオアンモニウム）トリフルオロ酢酸の開裂に伴う水素-重水素交換は、五配位アンモニウム水素化物を介して第四級窒素におけるSN2様求核置換を示す」. Journal of the American Chemical Society . 97 (12): 3559– 3561. doi : 10.1021/ja00845a069 .
  10. ^ a b Olah, G. A,; Donovan, DJ;Shen, J.; Klopman, G.(J. Am. Chem. Soc. 97 [1975] 3559/61).
  11. ^ Goetschel, CT; VA Campanile; RM Curtis; KR Loos; CD Wagner; JN Wilson (1972年7月). 「パーフルオロアンモニウムテトラフルオロボレート（NF4+BF4-）の調製と特性、および五フッ化窒素の合成の可能性」.無機化学. 11 (7): 1696– 1701. doi : 10.1021/ic50113a051 .
  12. ^ Lewars, Errol G. (2008-11-03).モデリングの驚異：新規分子の計算予測. Springer. pp.  53– 67. ISBN 978-1-4020-6973-42015年2月12日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  13. ^ ^有機リン化学ガイド ルイス・D・クイン2000ジョン・ワイリー・アンド・サンズ ISBN 0-471-31824-8
  14. ^ "arsorane" . CHEBI . 2017年8月21日時点のオリジナルよりアーカイブ。2017年8月21日閲覧。
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