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氫化銨

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氫化銨


理論計算給出氫化銨的一種可能結構[1]

英文名 Ammonium hydride
Nitrogen pentahydride
別名 五氫化氮
識別
CAS號 73655-04-6  checkY[2][3]
SMILES
 
  • [NH5] （共價化合物）
    [H-].[NH4+]（離子化合物）
性質
化學式 H5N
摩爾質量 19.05 g·mol−1
結構
分子構型 雙三角錐型（共價理論模型[1]）
偶極矩 0 D（共價理論模型[1]）
若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。

氫化銨（化學式：NH4H），部分文獻稱五氫化氮（英語：Nitrogen pentahydride），是根據銨根離子化學上具類似鹼金屬的性質、且鹼金屬皆存在氫化物（例如：氫化鋰）而假想出來的一種化合物[4]。其分子結構在理論模型的預測中有2種結構，一種是雙三角錐型的分子NH5，氮原子和氫原子間以共價鍵化合，對稱群為D3h（英語：Dihedral symmetry in three dimensions）[1]；另一種由銨根離子和氫負離子組成的離子晶體NH4+H-。目前尚無人合成此種物質、也尚未能證明其存在，且相關實驗並無直接觀察到氫化銨，僅藉由反應生成物推測其可能是一種活性中間體。而理論計算表明，這種分子具有熱力學不穩定性[5]，因此存在的可能性不高，其不穩定的原因可能與五氟化氮類似[6]。然而在特殊條件或高壓下仍可能存在，且曾在1966年被認為其可能作為固體火箭燃料而進行研究[7]。

這種分子曾作為教學上的示例使用[8]，也曾在題目命題上引發爭議。

研究與嘗試

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有部分研究認為，在其他金屬原子共同形成晶格之下可能可以存在，例如汞[9][10]和鋰。亦有探討與鹵化銨發生置換反應而存在可能性的相關研究[4]。亦有使用氘嘗試讓銨與氘形成氮的五氫化物的相關研究，但部分實驗表明其可能只是活性中間體，會立刻分解為氨和氫氣[11][1]，而使用氘的實驗亦然[2][1]。但以上研究僅是理論計算或者並無觀察到氫化銨的存在，而無法得知該物質是否真的存在。

一個實驗嘗試使三氟乙酸銨與氫化鋰在熔融狀態發生置換反應，以便研究氫化銨存在的可能性[11]：

CF3COONH4 + LiH → LiO2CCF3 + [NH4H]

在使用三氟乙酸銨與氘化鋰的實驗結果收集到的生成物中，產物氨中包含了85%的氨和15%的一氘氨，產物氫氣中包含了66%的氫化氘、21%的氫氣和13%的氘氣，以及使用三氟乙酸四氘銨與氫化鋰收集到的生成物中，氨包含了三氘氨、二氘氨和一氘氨，氫氣中包含了68%的氫化氘、18%的氫氣和14%的氘氣，因而推測反應可能有兩種途徑：一種是直接分解為氨和氫氣，另一種是先生成氘化銨活性中間體，部分的藉由形成氘負離子與氫正離子形成氘化氫和氨、另一部分的藉由形成氫負離子與氫正離子或氘正離子分解為氫氣或氘氣[1]。

但隨後立即分解成氫和氨，而無法證明其確實存在。使用氘進行實驗仍得到相同結果[2]：

[NH4H] → NH3 + H2

結構

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共價化合的氫化銨之可能結構[1]

有幾篇論文針對氫化銨進行理論計算，認為氫化銨不太可能形成氫負離子與銨根離子的離子晶體，但有可能氫接在銨的其中一個氫原子上[1]，也可能與五氟化氮類似，形成與碳鎓離子類似的三中心二電子鍵，又或者是氫原子在氮原子周圍排列成三角雙錐結構[1]。

爭議

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該物質出現於中國大陸一個理科學習網站的題目上，並被大量參考書和在線學習網站所選取[12][13][14][15][16]，該題目中稱「氫化銨」為固體[14]，結構與氯化銨相似，與水以及乙醇反應可以生成氫氣[16]，但並未有實驗證明其存在，且對於其結構，在理論計算上仍有多種結論[1]，且不知實際上會是何種結構[1]，更無法確定其有何化學特性。

目前尚無人宣布製取該物質，雖然部分期刊有標明其CAS號[2][3]，但目前尚無任何化學資料庫有收錄該CAS號的資料，且在中國知網也無法查詢到關於氫化銨的論文。

相關物質

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與之類似的物質如五氟化氮，其結構被假定為氟化四氟銨（NF4+F-）[17]，與氫化銨同為五個相同元素與氮的五配體，但其亦為假想物質，尚未有人製得，僅有理論研究[18]。而其他氮族元素的五氫化物則較為穩定，例如氫化鏻 （PH4H），能構成較五氫化氮穩定一些的五氫化磷，但五氫化磷仍不穩定會分解為磷化氫和氫氣，但其有機衍生物較穩定稱為正膦，例如五苯基磷 （pentaphenylphosphorane， Ph5P）是穩定的化合物[19]。而其他更重的氮族元素五氫配體也較容易存在，例如五氫化砷[20][需要較佳來源]。

參見

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參考資料

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  1. ^ 1.00 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 1.10 1.11 Olah, G.A. and Prakash, G.K.S. Across Conventional Lines: Selected Papers of George A Olah(In 2 Volumes). World Scientific Series in 20th Century Chemistry. 2003: p.759. ISBN 9789814498548. [永久失效連結]
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 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 Schiöberg, D. and Strametz, C. N Nitrogen: Compounds with Noble Gases and Hydrogen. Gmelin Handbook of Inorganic and Organometallic Chemistry - 8th edition. Springer Berlin Heidelberg. 2013: 278. ISBN 9783662063330. （原始內容存檔於2017-08-16）. 
  3. ^ 3.0 3.1 Hisham, Mohamed W. M. and Benson, Sidney W. Thermochemistry of inorganic solids. 8. Empirical relations among the enthalpies of formation of different anionic compounds. The Journal of Physical Chemistry. 1988, 92 (21): 6107–6112. doi:10.1021/j100332a052. 
  4. ^ 4.0 4.1 Olah, George A. and Donovan, Daniel J. and Shen, Jacob and Klopman, Gilles. Onium ions. XVI. Hydrogen-deuterium exchange accompanying the cleavage of ammonium (tetradeuterioammonium) trifluoroacetate by lithium deuteride (hydride) indicating SN2 like nucleophilic displacement at quaternary nitrogen through pentacoordinated ammonium hydride. Journal of the American Chemical Society. 1975, 97 (12): 3559–3561. doi:10.1021/ja00845a069. 
  5. ^ Ewig C. S. & Van Wazer J. R. Ab initio studies of molecular structures and energetics. 3. Pentacoordinated nitrogen NFnH5-n compounds. J. Am. Chem. Soc. 111, 4172–4178 (1989).
  6. ^ Kurzyd{\l}owski, Dominik and Zaleski-Ejgierd, Patryk. Hexacoordinated nitrogen (V) stabilized by high pressure. Scientific reports (Nature Publishing Group). 2016, 6. 
  7. ^ Sterrett, K. F.; Caron, A. P. High pressure chemistry of hydrogenous fuels. Northrop Space Labs. 1966 [2017-08-21]. （原始內容存檔於2011-08-23）. 
  8. ^ Duhem, P. and Needham, P. Mixture and Chemical Combination: And Related Essays. Boston Studies in the Philosophy of Science. Springer. 2002: p.72. ISBN 9781402002328. LCCN 01050646. （原始內容存檔於2017-08-16）. 
  9. ^ Bard, A.J. and Inzelt, G. and Scholz, F. Electrochemical Dictionary. Springer Berlin Heidelberg. 2012. ISBN 9783642295508. LCCN 2012945766. （原始內容存檔於2017-08-16）. 
  10. ^ Gladyshev, VP and Kovaleva, SV and Khramtsova, NA. Determination of ammonium by stripping voltammetry. Journal of Analytical Chemistry (Springer). 2001, 56 (5): 443––448. 
  11. ^ 11.0 11.1 Olah, G. A,; Donovan, D. J.;Shen, J.; Klopman, G.(J. Am. Chem. Soc. 97 [1975] 3559/61).
  12. ^ 氢化铵（NH4H）与氯化铵的结构相似，又知NH4H与水反应有H2生成，下列叙述不正确的是. tiku.21cnjy.com. [2017-08-07]. （原始內容存檔於2017-08-07） （美國英語）. 
  13. ^ 浅谈化学教学中培养学生发散思维的若干途径_教学之窗_中国高校之窗. www.gx211.com. [2017-08-07]. （原始內容存檔於2013-08-15）. 
  14. ^ 14.0 14.1 固体NH5属于离子晶体．它与水反应的化学方程式为NH5+H2O→NH3?H2O+H2↑.它也能跟乙醇发生类似的反应.并都产生氢气．下列有关NH5叙述正确的是( ) A.含有NH4+和H-B.NH5中N元素的化合价为+5价C.1mol NH5中含有5NA个N-H键D.与乙醇反应时.NH5被还原 题目和参考答案——精英家教网——. www.1010jiajiao.com. [2017-08-07]. （原始內容存檔於2017-08-07）. 
  15. ^ 固体NH5属于离子晶体。它与水反应的化学方程式为NH5+H2O→NH3·H2O+H2↑,它也能跟乙醇发生类似的反应,并都产生氢气。下列有关NH5叙述正确的是A．含有NH4+和H-B．NH5中N元素的化合-高三化学-魔方格. www.mofangge.com. [2017-08-07]. （原始內容存檔於2017-08-07）. 
  16. ^ 16.0 16.1 氢化铵（NH4H）与氯化铵的结构相似，又知NH4H与水反应有氢气生成，下列叙述不正确的是[]A．NH4Cl受热能够分解，生成两种气体B．NH4H溶于水，所得溶液显酸性C．NH4H固体投入少量水-高一化学-魔方格. www.mofangge.com. [2017-08-07]. （原始內容存檔於2017-08-07）. 
  17. ^ Goetschel, C. T.; V. A. Campanile, R. M. Curtis, K. R. Loos, C. D. Wagner, J. N. Wilson. Preparation and properties of perfluoroammonium tetrafluoroborate, NF4+BF4-, and possible synthesis of nitrogen pentafluoride. Inorganic Chemistry. July 1972, 11 (7): 1696–1701. doi:10.1021/ic50113a051. 
  18. ^ Lewars, Errol G. Modeling marvels: computational anticipation of novel molecules. Springer. 03/11/2008: 53–67. （原始內容存檔於2015-02-12）. 
  19. ^ ^ A Guide to Organophosphorus Chemistry Louis D. Quin 2000 John Wiley & Sons ISBN 0-471-31824-8
  20. ^ arsorane. CHEBI. [2017-08-21]. （原始內容存檔於2017-08-21）. 
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