Το N2 είναι η μόνη γνωστή ουδέτερη και σταθερή δομική μορφή (αλλότροπο) του αζώτου. Η σύνθεση ουδέτερων N3 και N4 είχε αναφερθεί νωρίτερα, αλλά δεν μπορούσε να απομονωθεί λόγω ακραίας αστάθειας. Οι ερευνητές πέτυχαν τώρα τη σύνθεση σε θερμοκρασία δωματίου εξανιτρογόνου (N6 ) , ενός νέου ουδέτερου αλλότροπου αζώτου το οποίο μπόρεσαν να παγιδεύσουν σε μήτρες αργού στους 10K. Η σύνθεση του N6 επιβεβαιώθηκε φασματοσκοπικά και το νέο αλλότροπο αποδείχθηκε σταθερό. Η αντίδραση αποσύνθεσης ήταν εξώθερμη με απελευθέρωση μεγάλης ποσότητας ενέργειας, γεγονός που υποδηλώνει πιθανή εφαρμογή ως τεχνολογία αποθήκευσης ενέργειας, υπό την προϋπόθεση ότι υπάρχουν θερμοκρασίες υγρού αζώτου. Παρ' όλα αυτά, η παρασκευή ενός νέου σταθερού, ουδέτερου αλλότροπου αζώτου αποτελεί σημαντική εξέλιξη στη χημεία.
Τα αλλότροπα είναι διαφορετικές δομικές μορφές ενός στοιχείου που προκύπτουν από διαφορετικούς τρόπους σύνδεσης των ατόμων του ίδιου στοιχείου. Έχουν διαφορετικές ιδιότητες με βάση τη δομή τους και είναι ουδέτερα ως προς το φορτίο, ενώ υπάρχουν και σε μη ριζικές μορφές. Για παράδειγμα, το διαμάντι, ο γραφίτης και το γραφένιο είναι ουδέτερα, σταθερά αλλότροπα του άνθρακα. Όπως και τα αλλότροπα O2 και O3 ( όζον) του οξυγόνου.
Τι θα λέγατε για ουδέτερες, σταθερές δομικές μορφές αζώτου; Το παλιό καλό N2 είναι η μόνη γνωστή σταθερή αλλότροπη μορφή του αζώτου. Δύο άλλες ουδέτερες αλλότροπες μορφές, οι N3 και N4 , αναφέρθηκαν νωρίτερα το 1956 και το 2002 αντίστοιχα, αλλά δεν μπόρεσαν να απομονωθούν λόγω ακραίας αστάθειας.
Οι χημικοί έχουν πλέον συνθέσει με επιτυχία C2h - συμμετρικό εξαάζωτο (C2h - N6 ) σε θερμοκρασία δωματίου. [ Η συμμετρία C2h είναι μια κοινή μορφή συμμετρίας που παρατηρείται στον χημικό κόσμο. Το μόριο AC2h - συμμετρίας διαθέτει έναν άξονα περιστροφής δύο αξόνων (C2) και ένα οριζόντιο επίπεδο κατόπτρου (σh)].
Το εξανιτρογόνο (N6 ) , το νέο ουδέτερο αλλότροπο του αζώτου, συντέθηκε σε θερμοκρασία δωματίου μέσω της αντίδρασης αέριας φάσης χλωρίου (Cl2) ή βρωμίου (Br2) με αζίδιο του αργύρου (AgN3) υπό μειωμένη πίεση. Ακολούθησε κρυογονική παγίδευση σε μήτρες αργού στους 10 Kelvin. Οι ερευνητές μπόρεσαν επίσης να παρασκευάσουν εξανιτρογόνο σε καθαρή μορφή ως μεμβράνη στους 77 Kelvin (το σημείο βρασμού του υγρού αζώτου).
Το εξανιτρογόνο (N6 ) που παρασκευάστηκε έτσι στο εργαστήριο χαρακτηρίστηκε φασματοσκοπικά και αποδείχθηκε σταθερό.
Κατά την αποσύνθεση, το εξανίτρο (N6 ) διασπάται σε τρία μόρια N2 . Η αντίδραση είναι εξώθερμη με απελευθέρωση 185.2 kcal ανά γραμμομόριο ενέργειας, η οποία είναι 2.2 και 1.9 φορές υψηλότερη από την ενέργεια που απελευθερώνεται κατά την αποσύνθεση του TNT και του HMX κατά βάρος. Λόγω της τόσο μεγάλης απελευθέρωσης ενέργειας κατά την αποσύνθεση, το εξανίτρο (N6 ) μπορεί να είναι ένα πολλά υποσχόμενο καθαρό υλικό αποθήκευσης ενέργειας, ωστόσο αυτό θα απαιτούσε τη διατήρηση του εξανίτρου σε θερμοκρασίες υγρού αζώτου κάτω από 77K, κάτι που μπορεί να μην λειτουργήσει καλά για μια τεχνολογία αποθήκευσης ενέργειας.
Ανεξάρτητα από οποιαδήποτε μελλοντική εφαρμογή, η παρασκευή σε θερμοκρασία δωματίου αυτού του νέου ουδέτερου μοριακού αλλότροπου αζώτου, το οποίο θα μπορούσε να παγιδευτεί σε κρυογονικό περιβάλλον, αποτελεί σημαντική εξέλιξη στη χημεία.
***
αναφορές:
- Qian, W., Mardyukov, A. & Schreiner, PR Παρασκευή ενός ουδέτερου αλλοτροπικού εξανιτρογόνου αζώτου C2η-Ν6. Φύση 642, 356–360 (2025). Δημοσιεύτηκε: 11 Ιουνίου 2025. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-025-09032-9
***
, a new neutral allotrope of nitrogen which they could trap in argon matrices at 10K. The synthesis of N6 was confirmed spectroscopically and the new allotrope was demonstrated to be stable.){kind=link}