史上最“暴脾气”的化合物，一言不合就爆炸，为了研究它，每天损失一台光谱仪！

捉摸不透的氮原子

氮，化学符号N，原子序数是7，不同的结合形式可以得到“性格迥异”的化合物。

自然界中，绝大部分的氮是以氮气的形式存在于大气中，它非常稳定，在自然环境中只有闪电能把两个氮原子分开；人们为了合成氨，每年不得不消耗全世界总能耗的1 %。

图1. 叠氮化碳的化学结构。

同样是氮元素，14个聚集在一起时就组成了一种叫做叠氮化碳的物质，被誉为史上最容易爆炸的化合物。

合成氮含量最高的化合物

叠氮化碳的合成还要追溯到2011年。那一年，德国慕尼黑大学的研究人员声称，他们合成了一种不可思议的化合物，由两个碳原子和惊人的十四个氮原子组成，完全不含氢原子，按重量计算氮含量高达89.1％，是史上氮含量最高的化合物之一，将其称为叠氮化碳C2N14。我们从结构上观察一下这种化合物，不难看出，各个官能团之间的电荷分布极端不均衡，这也就造就了它作为史上脾气“最火爆”的物质。

图1. 开环结构的叠氮化碳。

虽然慕尼黑大学的研究人员首先合成了叠氮化碳，但叠氮化合物的合成最早出现在1961年的一份专利中，当时发明人声称合成了是叠氮化碳的开环版本。但是，2013年的一项研究表明，1961年专利描述的那种化合物在他们的合成温度下会迅速环化形成四唑，也就是说发明人根本不可能得到开环版本的叠氮化碳。

史上最容易爆炸的化合物

鉴于叠氮化碳是一种高能化合物，研究人员在合成后想分析一下它对外力作用的敏感程度。但是却发现即使在最小外力载荷下，如0.25焦耳的冲击力或者1牛顿的摩擦力，也足以引发叠氮化碳的爆炸分解，甚至是用药勺将它铲起来都有可能爆炸。用他们的话说就是：“我们无法完全确定它对外力的敏感程度，因为没有人能够在它不爆炸的情况下准确地测量出来”。最后这项工作不了了之，研究小组认为这种化合物过于敏感，根本无法安全处理，因此在报告中注明其分解阈值远低于报告值。

每天损失一台光谱仪

虽然叠氮化碳很容易爆炸，但是研究工作还得继续。为了表征叠氮化碳的分子结构，研究人员打算采用拉曼光谱仪对其进行研究，他们将少量化合物置于机器内，设置激光能量为150 mW，随后等来的不是化合物的拉曼谱图，而是爆炸，在有的实验中甚至还发生了多次爆炸。这项研究工作也不得不叫停了，因为差不多每天损失一台光谱仪的成本实在是有点高，这可能就是分析含氮量接近90％的化合物时必须要承担的风险。

这么暴脾气的“家伙”有啥用？

这么敏感的化合物，动一下、摸一下、光照一下就爆炸，即使将它放在恒温恒湿暗室里的抗震爆炸箱中，也会爆炸。这个“家伙”到底有什么用处那？

在1961年的专利中，认为这种化合物可能适合用作起爆雷管，只需要一点点就能引发二次爆炸。目前起爆雷管主要以叠氮化铅为起爆物，大家正在研究不含铅的替代品，如2,4,6-三叠氮基三嗪，来自慕尼黑大学的研究人员发现，叠氮化碳的爆炸速度比三嗪还要快700 m/s，所以用在起爆雷管上效果肯定不错。

尽管在理论上叠氮化碳可以用作起爆雷管，但实际上它太不稳定了，根本无法安全处理，何谈应用？所以《化学世界》的定期专栏作家德里克·洛（Derek Lowe）认为叠氮化碳不太可能在现实世界中找到任何实际应用。

小结

从1961年开始，人们就尝试合成高含氮化合物，2011年在美国军方的帮助下，德国慕尼黑大学的研究人员合成出了一种叫做叠氮化碳的物质C2N14，氮含量高达89.1％。这么一个高度不稳定的物质即使放在专用的抗震爆炸箱中都不能保证它完全不爆炸，想表征它的结构更是痴人说梦，正如Derek Lowe所说的那样，除非找到安全存放的方法，否则叠氮化碳根本没啥用。但是小编认为，既然叠氮化合物属于高能物质，对叠氮化碳的结构进行修饰或者改造，让它变的不那么敏感，可以在一定条件下安全储存，那么在军事领域一定可以找到它的用武之地。

■ 来源｜高分子科学前沿

■ 编审｜有料先生，Mr_youliao

■ 参考资料

1.https://mp.weixin.qq.com/s/KP3dteA7CsEqL9CWy61_mg

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