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Jul 21, 2023

Nuevo compuesto explosivo sintetizado del extraño mundo de las alturas

Por Skoltech21 de abril de 2022 Concepto del artista de animación de explosión. Investigadores de Skoltech, la Institución Carnegie de Washington, la Universidad Howard, la Universidad de Chicago, fundada en 1890, la

Por Skoltech21 de abril de 2022

Concepto del artista de animación de explosión.

Researchers from Skoltech, Carnegie Institution of Washington, Howard University, the University of ChicagoFounded in 1890, the University of Chicago (UChicago, U of C, or Chicago) is a private research university in Chicago, Illinois. Located on a 217-acre campus in Chicago's Hyde Park neighborhood, near Lake Michigan, the school holds top-ten positions in various national and international rankings. UChicago is also well known for its professional schools: Pritzker School of Medicine, Booth School of Business, Law School, School of Social Service Administration, Harris School of Public Policy Studies, Divinity School and the Graham School of Continuing Liberal and Professional Studies, and Pritzker School of Molecular Engineering." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> La Universidad de Chicago y el Instituto de Física del Estado Sólido de la Academia China de Ciencias han sintetizado K2N6, un compuesto exótico que contiene grupos N6 y contiene cantidades explosivas de energía. Si bien el equipo tuvo que crear presiones de síntesis varias veces superiores a las necesarias para que el material fuera útil fuera del laboratorio como explosivo o propulsor de cohetes, el experimento que se publicará hoy (21 de abril de 2022) en Nature Chemistry nos acerca un paso más. a lo que sería tecnológicamente aplicable.

Nitrogen is at the heart of most chemical explosives, from TNT to gunpowder. The reason for this is that a nitrogen atomAn atom is the smallest component of an element. It is made up of protons and neutrons within the nucleus, and electrons circling the nucleus." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> Un átomo tiene tres electrones desapareados deseosos de formar enlaces químicos, y combinar dos de esos átomos en una molécula de N2 en la que los átomos comparten tres pares de electrones es, con diferencia, la manera más eficiente desde el punto de vista energético de calmar ese deseo. Esto significa que los compuestos con muchos átomos de nitrógeno unidos a otros enlaces menos ventajosos desde el punto de vista energético siempre están al borde de una reacción explosiva que produce gas N2.

Microfotografías de muestras de azida potásica calentadas con láser a presiones de 500.000 atmósferas (izquierda) y 300.000 atmósferas (derecha). Las áreas de color blanco a azul claro en el exterior son K1N3. Hacia el centro, el material se ha transformado en K2N6 en la foto de la izquierda y en un compuesto misterioso y poco comprendido con la fórmula K3(N2)4 en la derecha. Crédito: Yu Wang et al./Nature Chemistry

El profesor Artem R. Oganov de Skoltech, responsable de los cálculos del estudio que se presenta en este artículo, comenta: “Durante mucho tiempo ha existido la idea de que el nitrógeno puro podría ser el explosivo químico definitivo si se sintetiza en una forma que no contenga N2. moléculas. Y, de hecho, investigaciones anteriores han demostrado que a presiones de más de 1 millón de atmósferas, el nitrógeno forma estructuras en las que dos átomos adyacentes solo comparten un par de electrones, no tres”.

Si bien estos exóticos cristales de nitrógeno ciertamente podrían explotar, volviendo al conocido gas N2 de triple enlace, su síntesis requiere presiones demasiado altas para cualquier aplicación práctica. Esto lleva a los investigadores a experimentar con otros compuestos ricos en nitrógeno, como el obtenido por primera vez en el estudio publicado hoy, liderado por Alexander F. Goncharov, de Carnegie.

“El compuesto que sintetizamos se llama azida potásica y tiene la fórmula K2N6. Es un cristal creado a una presión de 450.000 atmósferas. Una vez formado, puede persistir a aproximadamente la mitad de esa presión”, dice Alexander Goncharov, científico del Carnegie Institution de Washington, donde se llevó a cabo el experimento. “En ese cristal, los átomos de nitrógeno se ensamblan en hexágonos, donde el enlace entre cada dos nitrógenos adyacentes es intermedio entre un enlace simple y un doble. La estructura de nuestro compuesto consiste en estos hexágonos que se alternan con átomos de potasio individuales que estabilizan los 'anillos' de nitrógeno, que son la parte realmente interesante”.

Los científicos admiten que el nuevo material no tiene aplicaciones prácticas, porque la presión de síntesis requerida es aún demasiado alta (100.000 atmósferas sería más realista), pero ciertamente constituye un paso en la dirección correcta y ofrece interesantes conocimientos sobre química fundamental.

"Este nuevo material de alta densidad energética es otro ejemplo de la peculiar química de las altas presiones", afirma Oganov, y añade que su estudio publicado recientemente (leer más), que renovó la noción fundamental de electronegatividad haciéndola aplicable bajo presión, es un marco útil para dar sentido a los inusuales materiales ricos en nitrógeno, junto con otros compuestos exóticos que abarcan toda la tabla periódica de elementos.

Referencia: “Estabilización de anillos de hexazina en polinitruro de potasio a alta presión” por Yu Wang, Maxim Bykov, Ilya Chepkasov, Artem Samtsevich, Elena Bykova, Xiao Zhang, Shu-qing Jiang, Eran Greenberg, Stella Chariton, Vitali B. Prakapenka, Artem R. Oganov y Alexander F. Goncharov, 21 de abril de 2022, Nature Chemistry.DOI: 10.1038/s41557-022-00925-0