Trasformare l’aria in metallo con azoto, diamanti e laser

Più di tre quarti dell’aria intorno a te è azoto: in particolare, N2 molecole. L’azoto è incredibilmente stabile in questa forma, ecco perché viene notato raramente. Reagisce con quasi nulla.

I chimici, da alchimisti simili a goblin, vedono la stabilità dell’azoto come una sfida.

Far diventare l’azoto gassoso qualcosa di diverso da N2 Ci vuole un sacco di chimica complicata da raggiungere, ma in caso di successo, può portare a produrre fertilizzanti o combustibili ad alta densità dal nulla.

Un team internazionale di chimici ha appena annunciato un nuovo successo nella lotta contro l’azoto: dopo sei anni di lavoro, sono riusciti a far fare all’azoto puro qualcosa di diverso dall’essere un N gassoso2 molecola. Invece, hanno creato una molecola più grande, a forma di anello, con sei atomi di azoto.

La molecola, N62-, è noto come anello esazinico. Può immagazzinare e rilasciare enormi quantità di energia chimica all’interno dei suoi legami, rendendolo un candidato interessante per materiali ad alta densità di energia.

E tutto ciò che è servito per realizzare sono state un paio di incudini diamantate, riscaldamento laser e pressione dell’aria oltre 400.000 volte la pressione che sentiamo al livello del mare. Oh, e un po’ di potassio.

La ragione di N2La stabilità è il suo numero di legami chimici. L’azoto può formare tre legami con se stesso e tende a farlo ogni volta che ne ha l’opportunità. Mentre gli atomi di azoto formeranno felicemente legami singoli con altri elementi, tendono a non legarsi tra loro in questo modo. Gli atomi di azoto con un solo legame tra di loro sono molto più reattivi.

“I legami NN di basso ordine sono difficili da mantenere stabili a bassa pressione”, afferma il dottor Yu Wang, ricercatore presso l’Hefei Institutes of Physical Sciences dell’Accademia cinese delle scienze e autore principale di un articolo che descrive la ricerca, pubblicato su Chimica della natura.

Wang e i suoi colleghi avevano precedentemente ingannato N2 molecole di gas nella formazione di un solido cristallo di azoto in una cella a incudine di diamante: un dispositivo che crea una pressione estremamente elevata. Utilizza due incudini fatte di diamanti di alta qualità, perché molto poco altro è abbastanza difficile da creare la pressione desiderata. Un laser viene utilizzato per riscaldare i materiali all’interno.

A una pressione di 110 gigapascal (un gigapascal è circa 9869 volte la normale pressione atmosferica) e una temperatura di 2500 Kelvin (2227°C), l’azoto gassoso si è solidificato e ha formato legami singoli, anziché doppi o tripli. Ma il materiale non era stabile a temperature o pressioni inferiori.

Questa volta, i ricercatori hanno iniziato con qualcosa di un po’ più semplice: potassio azide o KN3, a 45 gigapascal. Dopo molti tentativi ed errori, i ricercatori sono stati in grado di convertire il KN3 in n26-che hanno poi stabilizzato nuovamente con potassio.

La molecola risultante, K2N6conteneva l’anello sacro dell’azoto a legame singolo.

Il composto aveva una lucentezza metallica ed era ancora stabile alla pressione molto più bassa di 20 gigapascal – ancora circa 200.000 volte al di sopra della tua stanza media, ma significativamente inferiore ai suoi precursori.

Wang afferma che i ricercatori sono “tutti molto entusiasti” del risultato.



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