N2 er eina þekkta hlutlausa og stöðuga byggingarformið (allotrope) köfnunarefnis. Myndun hlutlauss N3 og N4 voru tilkynntar áður en ekki var hægt að einangra þær vegna mikils óstöðugleika. Rannsakendum hefur nú tekist að mynda hexanítrógen (N) við stofuhita6), nýtt hlutlaust allotrop af köfnunarefni sem þeir gátu fangað í argonfylkjum við 10K. Myndun N6 var staðfest með litrófsmælingum og sýnt var fram á að nýja allótrópið er stöðugt. Niðurbrotsviðbrögðin voru útverm með losun mikillar orku sem bendir til mögulegrar notkunar sem orkugeymslutækni að því tilskildu að hitastig fljótandi köfnunarefnis sé stillt á. Þrátt fyrir þetta er framleiðsla nýs stöðugs, hlutlauss allótróps af köfnunarefni mikilvæg þróun í efnafræði.
Allotropar eru mismunandi byggingarform frumefnis sem stafa af mismunandi tengiháttum atóma sama frumefnis. Þeir hafa mismunandi eiginleika út frá byggingu sinni og eru hleðsluhlutlausir og finnast í óróttækum formum. Til dæmis demantur, grafít og Graphene eru hlutlaus, stöðug kolefnisallótróp. Það sama á við um O2 og O3 (ósón) allótrópar súrefnis.
Hvað með hlutlausar, stöðugar byggingarform köfnunarefnis? Hið góða gamla N2 er eina þekkta stöðuga allótrópið fyrir köfnunarefni. Tvær aðrar hlutlausar allótrópar N3 og N4 voru tilkynnt fyrr árið 1956 og 2002, en ekki var hægt að einangra þau vegna mikils óstöðugleika.
Efnafræðingum hefur nú tekist að mynda C2h-samhverft hexanítrógen (C2h-N6) við stofuhita. [C2h Samhverfa er algeng form samhverfu sem sést í efnaheiminum.2h-samhverft sameind hefur tvíþættan snúningsás (C2) og láréttan spegilflet (σh)].
Hexanítrógen (N6), var nýja hlutlausa allotropinn af köfnunarefni myndaður við stofuhita með gasfasaviðbrögðum klórs (Cl2) eða bróms (Br2) við silfurazíð (AgN3) undir lækkaðri þrýstingi. Þessu var fylgt eftir með lágþrýstingsgildrun í argonfylkjum við 10 Kelvin. Rannsakendurnir gátu einnig búið til hexanítrógen í hreinu formi sem himnu við 77 Kelvin (suðumark fljótandi köfnunarefnis).
Hexanítrógen (N6) sem þannig var útbúið í rannsóknarstofu var greind með litrófsmælingum og sýnt fram á að það er stöðugt.
Við niðurbrot myndast hexanítrógen (N6) brotnar í þrjú N2 sameindir. Viðbrögðin eru útverm með losun upp á 185.2 kcal á hvert mól af orku, sem er 2.2 og 1.9 sinnum meiri orkan sem losnar við niðurbrot TNT og HMX miðað við þyngd. Vegna svo mikillar orkulosunar við niðurbrot, hexanítrógen (N6) gæti verið efnilegt hreint orkugeymsluefni, en það myndi krefjast þess að hexanítrogen yrði haldið við fljótandi köfnunarefnishita undir 77K sem gæti ekki hentað vel fyrir orkugeymslutækni.
Þrátt fyrir framtíðarnotkun er undirbúningur þessa nýja hlutlausa sameindaallotrops af köfnunarefni við stofuhita, sem hægt er að fanga í lághitaumhverfi, mikilvæg framþróun í efnafræði.
***
Tilvísanir:
- Qian, W., Mardyukov, A. & Schreiner, PR Undirbúningur hlutlauss köfnunarefnisalótróps hexanítrógens C2 klst.-N6. Nature 642, 356–360 (2025). Gefið út: 11. júní 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}