Синтезирование взрывчатого соединения

Исследователи из Сколтеха, Института Карнеги в Вашингтоне, Университета Говарда, Чикагского университета и Института физики твердого тела Китайской академии наук синтезировали K 2 N 6, экзотическое соединение, содержащее группы N 6 и обладающее взрывоопасным количеством энергии.

Создание давления синтеза

В то время как команде пришлось создать давление синтеза в несколько раз выше, чем это потребовалось бы, чтобы материал можно было использовать за пределами лаборатории в качестве взрывчатого вещества или ракетного топлива, эксперимент, который будет опубликован сегодня (21 апреля 2022 г.) в Nature Chemistry, делает нас на шаг ближе к тому, что было бы технологически применимо.

Азот лежит в основе большинства химических взрывчатых веществ, от тротила до пороха. Причина этого заключается в том, что атом азота имеет три неспаренных электрона, стремящихся образовать химические связи, и объединение двух таких атомов в молекулу N 2, в которой атомы имеют три общие электронные пары, на сегодняшний день является наиболее энергоэффективным способом избавиться от этого зуда. Это означает, что соединения с большим количеством атомов азота, вовлеченных в другие, менее энергетически выгодные связи, всегда находятся на грани взрывной реакции с образованием газа N 2.

Профессор Сколтеха Артем Р. Оганов, ответственный за расчеты в исследовании, представленном в этом материале, комментирует:

• «Долгое время существовало представление о том, что чистый азот может быть химическим взрывчатым веществом, если его синтезировать в форме, не содержащей азота, 2 молекулы. И действительно, предыдущие исследования показали, что при давлении более 1 миллиона атмосфер азот действительно образует структуры, в которых любые два соседних атома имеют только одну электронную пару, а не три».
• Хотя такие экзотические кристаллы азота, безусловно, могут взорваться, превратившись в знакомый газ N 2 с тройной связью, для их синтеза требуется слишком высокое давление для любого практического применения.
• Это побуждает исследователей экспериментировать с другими соединениями, богатыми азотом, такими как соединение, впервые полученное в опубликованном сегодня исследовании под руководством Александра Ф. Гончарова из Карнеги.

Микрофотографии образцов азида калия, нагретых лазером, при давлении 500 000 атмосфер (слева) и 300 000 атмосфер (справа). Области от белого до светло-голубого цвета снаружи — это K1N3. Ближе к центру материал превратился в K2N6 на левой фотографии и загадочное и малоизученное соединение с формулой K3(N2)4 на правой. Авторы и права: Ю Ван и др./Nature Chemistry

«Синтезированное нами соединение называется азидом калия и имеет формулу K 2 N 6 . Это кристалл, созданный при давлении 450 000 атмосфер. Однажды сформировавшись, он может сохраняться примерно при половине этого давления», — говорит Александр Гончаров, штатный научный сотрудник Института Карнеги в Вашингтоне, где проводился эксперимент. «В этом кристалле атомы азота собираются в шестиугольники, где связь между каждыми двумя соседними атомами азота является промежуточной между одинарной и двойной связью. Структура нашего соединения состоит из этих шестиугольников, чередующихся с отдельными атомами калия, которые стабилизируют «кольца» азота, что является действительно интересной частью».

Ученые признают, что новый материал не имеет практического применения, потому что требуемое давление синтеза все еще слишком велико — более реалистичным было бы 100 000 атмосфер, — но он, безусловно, представляет собой шаг в правильном направлении и предлагает захватывающие идеи фундаментальной химии.

«Этот новый материал с высокой плотностью энергии — еще один пример своеобразной химии высоких давлений», — говорит Оганов, добавляя, что его недавно опубликованное исследование (читать далее), которое изменило фундаментальное понятие электроотрицательности, сделав его применимым под давлением, является полезной основой для понимания необычных материалов, богатых азотом, наряду с другими экзотическими соединениями, охватывающими всю периодическую таблицу элементов.

Источник

Метки: Взрыв