请问氮元素可以形成碳元素那样的大分子长链吗？为什么？磷或者硼呢？
氮、磷、硼能否组建如同碳的“宏伟长城”？
我们常惊叹于碳元素构筑出的生命蓝图——错综复杂、功能多样的生物大分子，它们如同一个个精密的机械装置，驱动着生命的运转。碳原子就像辛勤的建筑师，能够以各种方式相互连接，形成稳定且多样的长链、环状结构，甚至三维网络。那么，其他一些元素，比如氮、磷、硼，是否也具备这种“搭积木”的天赋，能够构建出碳那样的大分子长链呢？
氮：热衷于“短平快”，而非“长城”
氮元素（N）和碳元素（C）同属于第二周期，化学性质上有很多相似之处，比如它们都有形成共价键的能力。氮原子也有四个未成对电子，理论上可以与自身或其他原子形成四个共价键。然而，氮元素在形成自身长链的道路上，遇到了一些“绊脚石”。
首先，氮氮单键（NN）的稳定性相对较弱。与碳碳单键（CC）相比，NN单键的键能较低，这意味着它更容易断裂。这主要是因为氮原子比碳原子小，并且拥有更高的电负性。氮原子之间靠近的孤对电子会产生显著的电子排斥作用，削弱了NN单键的稳定性。因此，虽然理论上可以形成氮链，但这些链往往不稳定，容易分解。
其次，氮原子更倾向于形成双键和三键。氮原子最常见的存在形式是稳定的氮气（N₂），其中氮原子通过强大的三键连接。这种三键非常牢固，使得氮气成为一种非常不活泼的气体。在有机化合物中，氮原子也常常通过双键与碳原子连接（形成亚胺、胺类等），或者以单键形式连接（如胺类），但即使是氮碳双键，其稳定性也受到氮原子电负性较强的 Yet 影响。当氮原子倾向于通过多重键与周围原子连接时，它自然就减少了与自身形成长链的可能性。
然而，我们不能完全否定氮在“长链”方面的潜力。在一些特殊的、高能的条件下，或者存在特定的稳定因素时，氮也可以形成具有一定长度的链状结构，例如叠氮化物（如NaN₃）中的N₃单元，或者一些多氮化合物（如N₄，一种四氮环，非常不稳定）的研究。但这些链状结构与碳元素形成的稳定、庞大、多样的生物大分子链相比，在稳定性、复杂度和数量上都有着很大的差距。
磷：另辟蹊径，构建“能量桥梁”
磷元素（P）同样具有形成共价键的能力，并且磷原子比氮原子拥有更多的价电子（五个），这似乎为它提供了更广泛的连接可能性。然而，磷形成自身长链的道路也充满挑战。
最主要的问题在于磷磷单键（PP）的稳定性。与碳碳单键相比，PP单键同样不够稳定，甚至比NN单键还要容易断裂。这同样与磷原子的电子排斥效应以及键长有关。磷原子比碳原子大，PP键长也更长，这导致其键的极化程度以及核外电子之间的排斥作用更为显著，降低了单键的稳定性。
尽管如此，磷元素却展现出与碳不同的“建筑风格”。磷原子更倾向于形成多重键，特别是与氧原子形成磷氧双键（P=O），这在磷酸盐和核酸等重要生物分子中极为常见。磷氧双键非常稳定，是磷化合物骨架的重要组成部分。
在形成自身链状结构方面，磷元素更常以环状或少数几对原子连接的形式出现，例如白磷（P₄），它以四面体结构存在，每个磷原子与另外三个磷原子形成单键。红磷则是一种由P₄四面体单元通过PP单键连接而成的聚合物，但其结构更像是“团块”而非规则的长链。
磷元素最著名的“长链”形式，并非直接的PP链，而是通过磷酸酯键连接起来的多核苷酸链（如DNA和RNA）。在这里，磷酸基团（PO₄³⁻）作为连接单元，通过氧原子将核糖或其他糖类分子串联起来，形成一条条稳定的骨架。这是一种间接的“长链”形成方式，磷原子本身并未直接形成庞大的自身链，而是充当了连接器和稳定剂。
硼：构建“独特网络”，而非“线性王国”
硼元素（B）是一个非常奇特的元素，它的价电子数量（三个）比它所在的第三周期元素（如碳）少。这使得硼原子在形成共价键时，常常出现缺电子的现象。
硼原子最独特的化学性质之一是其形成多中心键的能力。硼原子倾向于与其他硼原子或氢原子形成特殊的“三中心二电子”键，这种键的电子分布更弥散，使得硼化合物的结构更加多样化，并且倾向于形成三维网络结构，而非碳那样清晰的直线或环状长链。
最典型的例子就是硼烷（boranes）。硼烷的分子式非常复杂，例如B₂H₆（乙硼烷）、B₄H₁₀（四硼烷）等。在这些分子中，硼原子和氢原子之间形成了许多“桥联氢”，并且硼原子之间也形成了多中心键。
硼元素也能够形成硼硼单键，但这些键通常不如碳碳单键稳定。硼原子之间形成的链状结构往往不如碳链那样普遍和稳定，而且这些链状结构往往也伴随着氢原子的配位，形成一种复杂的网络。
硼元素最显著的“大分子”表现，通常是以无定形或晶体形式的硼聚合物为主，例如二硼化钛（TiB₂）等金属硼化物。在这些材料中，硼原子通过硼硼键和金属原子形成一个高度交联的三维网络结构，赋予了材料极高的硬度和耐高温性。
总结一下：
碳元素之所以能够形成稳定且多样的宏观大分子长链，得益于碳碳单键的良好稳定性、适中的原子半径以及形成sp³、sp²、sp杂化轨道的能力，使其能够以多种方式相互连接。
氮元素倾向于形成不稳定的NN单键，更喜欢通过N≡N或C=N等更稳定的多重键与周围原子结合。它不是形成稳定长链的“能手”，更像是“短平快”的连接者，或者形成不稳定的链状结构。
磷元素的PP单键也不够稳定，它更擅长与氧原子形成稳定的P=O双键，并在生物大分子中通过磷酸酯键作为连接单元，而非直接形成庞大的PP长链。
硼元素由于价电子数的限制，更倾向于形成缺电子的多中心键，并构建出独特的三维网络结构，而不是像碳那样形成规则的线性或环状大分子长链。
可以说，碳元素在构建生命基石方面拥有得天独厚的优势，而氮、磷、硼则在各自的化学世界里，展现出不同的“建筑风格”和“应用领域”，它们或许不能像碳那样搭起生命的“长城”，但也在各自的领域里扮演着不可或缺的重要角色。
我们常惊叹于碳元素构筑出的生命蓝图——错综复杂、功能多样的生物大分子，它们如同一个个精密的机械装置，驱动着生命的运转。碳原子就像辛勤的建筑师，能够以各种方式相互连接，形成稳定且多样的长链、环状结构，甚至三维网络。那么，其他一些元素，比如氮、磷、硼，是否也具备这种“搭积木”的天赋，能够构建出碳那样的大分子长链呢？
氮：热衷于“短平快”，而非“长城”
氮元素（N）和碳元素（C）同属于第二周期，化学性质上有很多相似之处，比如它们都有形成共价键的能力。氮原子也有四个未成对电子，理论上可以与自身或其他原子形成四个共价键。然而，氮元素在形成自身长链的道路上，遇到了一些“绊脚石”。
首先，氮氮单键（NN）的稳定性相对较弱。与碳碳单键（CC）相比，NN单键的键能较低，这意味着它更容易断裂。这主要是因为氮原子比碳原子小，并且拥有更高的电负性。氮原子之间靠近的孤对电子会产生显著的电子排斥作用，削弱了NN单键的稳定性。因此，虽然理论上可以形成氮链，但这些链往往不稳定，容易分解。
其次，氮原子更倾向于形成双键和三键。氮原子最常见的存在形式是稳定的氮气（N₂），其中氮原子通过强大的三键连接。这种三键非常牢固，使得氮气成为一种非常不活泼的气体。在有机化合物中，氮原子也常常通过双键与碳原子连接（形成亚胺、胺类等），或者以单键形式连接（如胺类），但即使是氮碳双键，其稳定性也受到氮原子电负性较强的 Yet 影响。当氮原子倾向于通过多重键与周围原子连接时，它自然就减少了与自身形成长链的可能性。
然而，我们不能完全否定氮在“长链”方面的潜力。在一些特殊的、高能的条件下，或者存在特定的稳定因素时，氮也可以形成具有一定长度的链状结构，例如叠氮化物（如NaN₃）中的N₃单元，或者一些多氮化合物（如N₄，一种四氮环，非常不稳定）的研究。但这些链状结构与碳元素形成的稳定、庞大、多样的生物大分子链相比，在稳定性、复杂度和数量上都有着很大的差距。
磷：另辟蹊径，构建“能量桥梁”
磷元素（P）同样具有形成共价键的能力，并且磷原子比氮原子拥有更多的价电子（五个），这似乎为它提供了更广泛的连接可能性。然而，磷形成自身长链的道路也充满挑战。
最主要的问题在于磷磷单键（PP）的稳定性。与碳碳单键相比，PP单键同样不够稳定，甚至比NN单键还要容易断裂。这同样与磷原子的电子排斥效应以及键长有关。磷原子比碳原子大，PP键长也更长，这导致其键的极化程度以及核外电子之间的排斥作用更为显著，降低了单键的稳定性。
尽管如此，磷元素却展现出与碳不同的“建筑风格”。磷原子更倾向于形成多重键，特别是与氧原子形成磷氧双键（P=O），这在磷酸盐和核酸等重要生物分子中极为常见。磷氧双键非常稳定，是磷化合物骨架的重要组成部分。
在形成自身链状结构方面，磷元素更常以环状或少数几对原子连接的形式出现，例如白磷（P₄），它以四面体结构存在，每个磷原子与另外三个磷原子形成单键。红磷则是一种由P₄四面体单元通过PP单键连接而成的聚合物，但其结构更像是“团块”而非规则的长链。
磷元素最著名的“长链”形式，并非直接的PP链，而是通过磷酸酯键连接起来的多核苷酸链（如DNA和RNA）。在这里，磷酸基团（PO₄³⁻）作为连接单元，通过氧原子将核糖或其他糖类分子串联起来，形成一条条稳定的骨架。这是一种间接的“长链”形成方式，磷原子本身并未直接形成庞大的自身链，而是充当了连接器和稳定剂。
硼：构建“独特网络”，而非“线性王国”
硼元素（B）是一个非常奇特的元素，它的价电子数量（三个）比它所在的第三周期元素（如碳）少。这使得硼原子在形成共价键时，常常出现缺电子的现象。
硼原子最独特的化学性质之一是其形成多中心键的能力。硼原子倾向于与其他硼原子或氢原子形成特殊的“三中心二电子”键，这种键的电子分布更弥散，使得硼化合物的结构更加多样化，并且倾向于形成三维网络结构，而非碳那样清晰的直线或环状长链。
最典型的例子就是硼烷（boranes）。硼烷的分子式非常复杂，例如B₂H₆（乙硼烷）、B₄H₁₀（四硼烷）等。在这些分子中，硼原子和氢原子之间形成了许多“桥联氢”，并且硼原子之间也形成了多中心键。
硼元素也能够形成硼硼单键，但这些键通常不如碳碳单键稳定。硼原子之间形成的链状结构往往不如碳链那样普遍和稳定，而且这些链状结构往往也伴随着氢原子的配位，形成一种复杂的网络。
硼元素最显著的“大分子”表现，通常是以无定形或晶体形式的硼聚合物为主，例如二硼化钛（TiB₂）等金属硼化物。在这些材料中，硼原子通过硼硼键和金属原子形成一个高度交联的三维网络结构，赋予了材料极高的硬度和耐高温性。
总结一下：
碳元素之所以能够形成稳定且多样的宏观大分子长链，得益于碳碳单键的良好稳定性、适中的原子半径以及形成sp³、sp²、sp杂化轨道的能力，使其能够以多种方式相互连接。
氮元素倾向于形成不稳定的NN单键，更喜欢通过N≡N或C=N等更稳定的多重键与周围原子结合。它不是形成稳定长链的“能手”，更像是“短平快”的连接者，或者形成不稳定的链状结构。
磷元素的PP单键也不够稳定，它更擅长与氧原子形成稳定的P=O双键，并在生物大分子中通过磷酸酯键作为连接单元，而非直接形成庞大的PP长链。
硼元素由于价电子数的限制，更倾向于形成缺电子的多中心键，并构建出独特的三维网络结构，而不是像碳那样形成规则的线性或环状大分子长链。
可以说，碳元素在构建生命基石方面拥有得天独厚的优势，而氮、磷、硼则在各自的化学世界里，展现出不同的“建筑风格”和“应用领域”，它们或许不能像碳那样搭起生命的“长城”，但也在各自的领域里扮演着不可或缺的重要角色。
网友意见
氮有呢：
磷的话，紫磷这种算不算链？
除此以外，具有PnHn+2这种形态的类似联膦的东西也存在的，n最大可以到9。
之前还看到我国科研工作者发现了一维的磷链，但论文找不到了。
硼的话不知道有没有硼链。
放低一点要求，环状的硼氢烷不知道算不算。
引入碳原子的碳硼烷不知道算不算：
更多信息：
1，Thermal stability of the N10 compound with extended nitrogen chain
2，Growing Catenated Nitrogen Atom Chains
3，Greenwood, N. N.; & Earnshaw, A. (1997). Chemistry of the Elements (2nd Edn.), Oxford:Butterworth-Heinemann.
第一次被3个人邀请，就不一一谢邀了。作为《无机化学丛书》熟练搬运工感觉不是很想答这种时新的题。
硫磷单质本来就有形成长链结构的趋势，红磷就是例子。
硼能形成形态各异的簇合物，各种奇怪拓扑结构的硼化物改写了《无机化学命名》。但单链的硼一直没有报道。2018年，维尔茨堡大学大学的一位硼化学专家Holger Braunschweig得到150万欧元的资金，开发硼聚合物有效的合成方法。当时的报道[1]中预想的结构如下，现在还没看到相关的文章发表。
简单的硼化学可以翻翻《高等无机结构化学》[2]，经常被问的B₄Cl₄这书上就有。
氮和氧由于第二周期特殊性，原子半径小，电负性大，更倾向形成小分子，尤其是氮。氮气过于稳定，导致氮一多就容易爆炸，很多人都在等着全氮盐，比如N₅⁺N₅⁻，被合成出来，一是觉得这是超级高能化合物，二是可以作为高中化学里单质盐的例子，比氢化铵、叠氮化铵什么的还恶心。
不过因为高能化合物研究得很多，聚氮烯还是有人合成的。[3]既然是容易容易分解，根据勒夏特列原理，高压就好了。
A novel nitrogen-rich compound, ReN₈ ·xN₂, was synthesized via a direct reaction between rhenium and nitrogen at high pressure and high temperature in a laser-heated diamond anvil cell.
高温高压下铼和氮气直接反应就得到了。
ReN₈ ·xN₂ resulted from a direct chemical reaction between rhenium and nitrogen at high pressure and high temperature. We conducted two independent experiments in a diamond anvil cell, in which a mixture of a Re powder and N₂ was first pressurized (to 105 GPa or 123 GPa), and then laser heated (to 2300(200) K or 2700(200) K, respectively).
To the best of our knowledge, ReN₈ ·xN₂ is the first synthetic compound, that contains polydiazenediyl chains. Chains of a similar type were recently predicted in CaN₄ (η⁴– coordination together with metallocyclic one), MgN₄ ,HfN₁₀,and in some hydrogen-nitrogen compounds...
记得当时还有挺多人关注的，不过没什么后文。
参考
- ^ https://www.uni-wuerzburg.de/en/news-and-events/news/detail/news/polymers-based-on-boron/
- ^ 麦松威, 周公度, 李伟基. 高等无机结构化学[M]. 香港中文大学出版社, 2006.
- ^ https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201805152
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