「暴脾氣」化合物，一言不合就爆炸，為研究它每天損失一臺光譜儀

捉摸不透的氮原子

氮，化學符號N，原子序數是7，不同的結合形式可以得到「性格迥異」的化合物。

自然界中，絕大部分的氮是以氮氣的形式存在於大氣中，它非常穩定，在自然環境中只有閃電能把兩個氮原子分開；人們為了合成氨，每年不得不消耗全世界總能耗的1 %。

圖1. 疊氮化碳的化學結構。

同樣是氮元素，14個聚集在一起時就組成了一種叫做疊氮化碳的物質，被譽為史上最容易爆炸的化合物。

合成氮含量最高的化合物

疊氮化碳的合成還要追溯到2011年。那一年，德國慕尼黑大學的研究人員聲稱，他們合成了一種不可思議的化合物，由兩個碳原子和驚人的十四個氮原子組成，完全不含氫原子，按重量計算氮含量高達89.1％，是史上氮含量最高的化合物之一，將其稱為疊氮化碳C2N14。我們從結構上觀察一下這種化合物，不難看出，各個官能團之間的電荷分布極端不均衡，這也就造就了它作為史上脾氣「最火爆」的物質。

圖1. 開環結構的疊氮化碳。

雖然慕尼黑大學的研究人員首先合成了疊氮化碳，但疊氮化合物的合成最早出現在1961年的一份專利中，當時發明人聲稱合成了是疊氮化碳的開環版本。但是，2013年的一項研究表明，1961年專利描述的那種化合物在他們的合成溫度下會迅速環化形成四唑，也就是說發明人根本不可能得到開環版本的疊氮化碳。

史上最容易爆炸的化合物

鑑於疊氮化碳是一種高能化合物，研究人員在合成後想分析一下它對外力作用的敏感程度。但是卻發現即使在最小外力載荷下，如0.25焦耳的衝擊力或者1牛頓的摩擦力，也足以引發疊氮化碳的爆炸分解，甚至是用藥勺將它鏟起來都有可能爆炸。用他們的話說就是：「我們無法完全確定它對外力的敏感程度，因為沒有人能夠在它不爆炸的情況下準確地測量出來」。最後這項工作不了了之，研究小組認為這種化合物過於敏感，根本無法安全處理，因此在報告中註明其分解閾值遠低於報告值。

每天損失一臺光譜儀

雖然疊氮化碳很容易爆炸，但是研究工作還得繼續。為了表徵疊氮化碳的分子結構，研究人員打算採用拉曼光譜儀對其進行研究，他們將少量化合物置於機器內，設置雷射能量為150 mW，隨後等來的不是化合物的拉曼譜圖，而是爆炸，在有的實驗中甚至還發生了多次爆炸。這項研究工作也不得不叫停了，因為差不多每天損失一臺光譜儀的成本實在是有點高，這可能就是分析含氮量接近90％的化合物時必須要承擔的風險。

這麼暴脾氣的「傢伙」有啥用？

這麼敏感的化合物，動一下、摸一下、光照一下就爆炸，即使將它放在恆溫恆溼暗室裡的抗震爆炸箱中，也會爆炸。這個「傢伙」到底有什麼用處那？

在1961年的專利中，認為這種化合物可能適合用作起爆雷管，只需要一點點就能引發二次爆炸。目前起爆雷管主要以疊氮化鉛為起爆物，大家正在研究不含鉛的替代品，如2,4,6-三疊氮基三嗪，來自慕尼黑大學的研究人員發現，疊氮化碳的爆炸速度比三嗪還要快700 m/s，所以用在起爆雷管上效果肯定不錯。

儘管在理論上疊氮化碳可以用作起爆雷管，但實際上它太不穩定了，根本無法安全處理，何談應用？所以《化學世界》的定期專欄作家德裡克·洛（Derek Lowe）認為疊氮化碳不太可能在現實世界中找到任何實際應用。

小結

從1961年開始，人們就嘗試合成高含氮化合物，2011年在美國軍方的幫助下，德國慕尼黑大學的研究人員合成出了一種叫做疊氮化碳的物質C2N14，氮含量高達89.1％。這麼一個高度不穩定的物質即使放在專用的抗震爆炸箱中都不能保證它完全不爆炸，想表徵它的結構更是痴人說夢，正如Derek Lowe所說的那樣，除非找到安全存放的方法，否則疊氮化碳根本沒啥用。但是小編認為，既然疊氮化合物屬於高能物質，對疊氮化碳的結構進行修飾或者改造，讓它變的不那麼敏感，可以在一定條件下安全儲存，那麼在軍事領域一定可以找到它的用武之地。

來源：高分子科學前沿