Нейтральный аллотроп азота: прорыв в области хранения энергии
Исследователи из Университета Юстуса Либиха в Гиссене, Германия, впервые с XVIII века, когда был открыт природный ди азот (N₂), синтезировали нейтральный аллотроп азота — гексаазот (N₆). Этот результат является значимым шагом вперёд в химии элементов.
Основные моменты исследования
- Метод синтеза: гексаазот (N₆) был получен путём газофазной реакции с использованием хлора (Cl₂) или брома (Br₂) и высокореактивного и взрывоопасного твёрдого азида серебра (AgN₃) при пониженном давлении.
- Процесс: исследователи нанесли азид серебра на внутреннюю поверхность и пропустили газообразный галоген (Cl₂ или Br₂) через твёрдое вещество при комнатной температуре. В результате реакции, помимо гексаазота (N₆), образовались побочные продукты — хлоронитрен (ClN) и азотистоводородная кислота (HN₃).
- Стабилизация: полученные молекулы были «захвачены» в аргоновых матрицах — инертной матрице из твёрдого аргона — при криогенных условиях (10 Кельвинов) для стабилизации и изоляции высокореактивного N₆.
Перспективы использования
Молекулярные формы азота представляют собой многообещающие материалы с нулевой углеродной эмиссией и высокой плотностью энергии. При разложении они выделяют большое количество энергии, превращаясь в стабильную форму N₂ — инертный газ, в отличие от обычных видов топлива, которые производят парниковые газы, такие как CO₂.
Однако N₂ — единственный природный аллотроп азота, который из-за своей инертности, обусловленной исключительно прочными тройными связями, непригоден для использования в качестве топлива.
Учёные десятилетиями пытались синтезировать более крупные нейтральные молекулы азота в качестве энергетических материалов, но безуспешно из-за чрезвычайно нестабильной природы полиазотных молекул.
Выводы
Это исследование не только успешно синтезировало нейтральную молекулу N₆, но и определило её линейную, ациклическую структуру с симметрией C₂h. Молекула состоит из цепочки из шести атомов азота, где две единицы азида (N₃) и три атома азота удерживаются вместе двойными связями, соединёнными центральной одинарной связью N–N.
Расчёты показали, что молекула имеет период полураспада 35,7 миллисекунд при комнатной температуре и более 132 лет при криогенных условиях.
Исследователи также обнаружили, что N₆ при разложении выделяет исключительное количество энергии — в 2,2 раза больше на единицу массы, чем известный взрывчатый ТНТ, и вдвое больше, чем RDX.
Они подчёркивают, что получение метастабильного аллотропа молекулярного азота, помимо N₂, не только продвигает фундаментальное научное понимание, но и открывает перспективы для будущих применений в области хранения энергии.
© 2025 Science X Network