聚氮化硫

聚氮化硫，化學式(SN)_x，由硫、氮原子相間的鏈構成。它是第一個被發現可以導電的無機聚合物（英語：Inorganic polymer）。^[1][4]它在極低的溫度（0.26 K）下會變成超導體。^[5][6]它是一種纖維狀固體，顏色取決於樣品的方向。它在空氣中穩定，不溶於所有溶劑。^[7]

聚氮化硫
識別
CAS號	56422-03-8（NS均聚物）  Y
性質
化學式	(SN)x
外觀	古銅色有金屬光澤的晶體[1]
熔點	130 ℃[2]
沸點	240 ℃（爆炸性分解）[2]
溶解性	不溶於水和有機溶劑[3]
相關物質
相關硫的氮化物	一氮化硫 二氮化硫 二氮化二硫 二氮化四硫 四氮化四硫 六氮化五硫
若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。

歷史

聚氮化硫於1910年由F.P. Burt發現，他通過在真空中把熱的四氮化四硫通過銀纖維來獲得聚氮化硫。^[8]

它是第一個被發現有超導性的非金屬化合物，但它很低的超導臨界溫度（0.3 K）使得將它用作超導體並不實際。^[9][10]

性質

聚氮化硫是一種金色、有金屬光澤的纖維狀晶體。^[10]它對氧氣和水呈惰性，但會在空氣中分解成灰色粉末。^[11][3]聚氮化硫在超過240 °C的溫度^[2]或是受到撞擊時會爆炸。^[3]

聚氮化硫的導電性的各向異性極高。在平行於S—N鏈的方向上，它的導電性良好；而在垂直方向上，導電性則差得多。這種導電性源自S-N鏈的成鍵，其中每個硫原子都提供兩個π電子，而每個氮原子則提供一個π電子，形成兩中心3π電子鍵。^[10]

聚氮化硫有兩種同質異形體。直接製備會產生單斜的I相，它可以通過磨削等機械處理轉變成正交的II相。^[12]

結構

聚氮化硫是聚合物，相鄰鏈上的硫原子和氮原子對齊。^[4][13][14]它的一些共振式如下：^[15]

它的結構已通過X射線晶體學研究，其中S-N鍵長有159 pm和163 pm，S-N-S鍵角為120 °，N-S-N鍵角為106 °。^{[16][17][11][10]}

合成

聚氮化硫可通過二氮化二硫（S₂N₂）的聚合反應產生，而二氮化二硫則是由四氮化四硫（S₄N₄）製備而成的。^[4]把四氮化四硫分解成二氮化二硫的反應可以用熱的銀纖維催化。^[4][1][18]

S₄N₄ + 8Ag → Ag₂S + 2N₂

S₄N₄ （Ag₂S催化） → 2S₂N₂ （w/ 77K 冷阱） → S₂N₂

S₂N₂ （@ 0°C） → 熱聚合 → (SN)_x

用處

由於其導電性，聚氮化硫可用於LED、電晶體、電池陰極和太陽能電池。^[18]

參見

• 聚合物
• 超導體

擴展閱讀

King, R.S.P.: Novel chemistry and applications of polythiazyl, Doctoral Thesis Loughborough University 2009, pdf-Download （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）

參考資料

1. Greenwood, N. N.; Earnshaw, A. Chemistry of the Elements 2nd. Oxford:Butterworth-Heinemann. 1997. ISBN 0-7506-3365-4. pp. 725-727
2. Holleman, Arnold F.; Wiberg, Egon; Wiberg, Nils. Anorganische ChemienBand 1, Grundlagen und Hauptgruppenelemente. Berlin. 2017: 681. ISBN 978-3-11-026932-1. OCLC 968134975 （德語）.
3. Entry on Schwefel-Stickstoff-Verbindungen. at: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, retrieved 2017-03-02.
4. Goehring, Margot; Voigt, Dietrich. Über die Schwefelnitride (SN)2 und (SN)x. Die Naturwissenschaften. 1953, 40 (18): 482. Bibcode:1953NW.....40..482G. ISSN 0028-1042. S2CID 8181710. doi:10.1007/BF00628990 （德語）.
5. Labes, M. M.; Love, P.; Nichols, L. F. Polysulfur Nitride - a Metallic, Superconducting Polymer. Chemical Reviews. 1979, 79 (1): 1–15. doi:10.1021/cr60317a002.
6. Harry R. Allcock. Introduction to Materials Chemistry. John Wiley & Sons. 20 September 2011: 131 [29 June 2012]. ISBN 978-1-118-21098-7. （原始內容存檔於2022-06-07）.
7. A. G. MacDiarmid; C. M. Mikulsk; A. J. Heeger; A. F. Garito. Polymeric Sulfur Nitride (Polythiazyl), (SN) X. Polymeric Sulfur Nitride (Polythiazyl), (SN)_x. Inorganic Syntheses 22. 1983: 143–149. ISBN 9780470132531. doi:10.1002/9780470132531.ch31.
8. Burt, Frank Playfair. XCIX.—A new sulphide of nitrogen. J. Chem. Soc., Trans. 1910, 97: 1171–1174 [2022-06-07]. ISSN 0368-1645. doi:10.1039/CT9109701171. （原始內容存檔於2022-06-07） （英語）.
9. Labes, M.M.; Love, P.; Nichols, L.F.: Polysulfur nitride - a metallic, superconducting polymer in Chem. Rev. 79 (1979) 1–15, doi:10.1021/cr60317a002.
10. Alsfasser, R.; Janiak, C.; Klapötke, T.M.; Meyer, H.-J.: Moderne Anorganische Chemie, Herausgeber Riedel, E., 3. Auflage 2007, Walter de Gruyter GmbH & Co. KG, Berlin/Boston, ISBN 978-3-11-019060-1, S. 129–132, (abgerufen über De Gruyter Online).
11. MacDiarmid, A.G.; Mikulski, C.M.; Saran, M.S.; Russo, P.J.; Cohen, M.J.; Bright, A.A.; Garito, A.F.; Heeger, A.J.: Synthesis and Selected Properties of Polymeric Sulfur Nitride, (Polythiazyl), (SN)_x in Advances in Chemistry 150 (2009) 63–72, doi:10.1021/ba-1976-0150.ch006.
12. Baughman, R.H.; Apgar, P.A.; Chance, R.R.; MacDiarmid, A.G.; Garito, A.F.: A New Phase of (SN)_x in J. Chem. Soc. Chem. Comm. 1977, 49–50, doi:10.1039/C39770000049.
13. Goehring, Margot. Sulphur nitride and its derivatives. Quarterly Reviews, Chemical Society. 1956, 10 (4): 437. ISSN 0009-2681. doi:10.1039/qr9561000437 （英語）.
14. Cohen, M.J .; Garito, A. F.; Heeger, A. J.; MacDiarmid, A. G.; Mikulski, C. M.; Saran, M. S.; Kleppinger, J. Solid state polymerization of S₂N₂ to (SN)_x. Journal of the American Chemical Society. 1976, 98: 3844–3848. doi:10.1021/ja00429a018.
15. Okada, M.; Tanaka, K.; Takata, A.; Yamabe, T. Examination of Electronic Phase of the Hartree-Fock Solution of an Isolated Polythiazyl Chain. Synthetic Metals. 1993, 59 (2): 223–230. doi:10.1016/0379-6779(93)91029-2.
16. Boudeulle, M.: in Cryst. Struct. Comm. 4 (1975) 9–13.
17. MacDiarmid, A.G.; Mikulski, C.M.; Russo, P.J.; Saran, M.S.; Garito, A.F.; Heeger, A.J.: Synthesis and structure of the polymeric metal, (SN)_x, and its precursor, S₂N₂ in J. Chem. Soc. Chem. Comm. 1975, 476–477, doi:10.1039/C39750000476.
18. Ronald D. Archer. Inorganic and Organometallic Polymers. John Wiley & Sons. 26 February 2001: 213 [29 June 2012]. ISBN 978-0-471-24187-4. （原始內容存檔於2022-06-07）.