• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
22.04.2022
Сколтех
19 511

Химия высоких давлений породила новое «взрывное» соединение азота

5.2

Исследователи из Сколтеха, Института Карнеги, Университета Говарда, Чикагского университета и Института физики твердого тела Китайской АН впервые получили экзотическое соединение калия и азота K2N6 — оно содержит шестиатомные азотные кольца, таящие в себе взрывную энергию. Хотя синтез вещества потребовал в разы более высокого давления, чем достигается в промышленных условиях, — это шаг на пути к новому пригодному в качестве взрывчатки или ракетного топлива соединению азота.

Химия высоких давлений породила новое «взрывное» соединение азота / ©Getty images / Автор: Lampronia Auxilius

Результаты работы представлены в Nature Chemistry. Азот — критически важный компонент почти любой взрывчатки, будь то тротил, динамит или порох. Это объясняется тем, что у каждого атома азота есть три неспаренных электрона и два таких атома чрезвычайно охотно образуют тройную связь друг с другом, то есть молекулу газа N2 с тремя общими электронными парами. Получается, что достаточно собрать побольше азота в соединении, где он участвует в любых иных связях, и взрывной потенциал обеспечен. Ведь атомы будут стремиться при первой доступной возможности перегруппироваться с выделением большого количества тепла и газа N2.

Профессор Сколтеха Артем Оганов, который занимался расчетами в работе по синтезу нового нитрида с шестерными азотными кольцами, рассказывает: «Люди давно задумались, что идеальной взрывчаткой был бы чистый азот, если только получить его в такой форме, которая не содержит молекул N2. В общем-то, это уже сделали наши предшественники, которые синтезировали при давлении один миллион атмосфер такие формы азота, в которых у любых двух соседних атомов одна общая электронная пара, а не три».

Микрофотографии нагретых лазером образцов азида калия под давлением 500 тысяч (слева) и 300 тысяч (справа) атмосфер. Бело-голубые наружные области — KN3, внутри них — образовавшийся из этого вещества K2N6 (на левом снимке) и другое странное и пока мало осмысленное соединение K3(N2)4 (справа) / ©Ю Ван и др. / Nature Chemistry

Хотя такой твердой формой азота, несомненно, можно устроить взрыв, для ее получения нужно столь экстремальное давление, что ученые продолжают экспериментировать с другими богатыми азотом соединениями, в число которых теперь вошел и новый нитрид из опубликованного вчера исследования под руководством Александра Гончарова, научного сотрудника Института Карнеги, где проводился эксперимент.

«Полученное нами соединение называется нитридом калия и имеет формулу K2N6. Это кристалл, синтез которого проходит при давлении 450 тысяч атмосфер. Но стабильно вещество и при вдвое более низком давлении, — рассказывает Гончаров. — В этом кристалле азот образует плоские шестиугольники, в которых связь между двумя соседними атомами носит промежуточный характер между одинарной и двойной. Решетка устроена таким образом, что эти шестиугольники перемежаются атомами калия, но именно азотные „кольца“ представляют особый интерес».

Ученые отмечают, что новый материал не дотягивает до практических применений, поскольку необходимое для синтеза давление по-прежнему слишком высоко: хорошим результатом с точки зрения технологий было бы достижение отметки в 100 тысяч атмосфер. Тем не менее работа представляет собой шаг в правильном направлении и содержит интересные с точки зрения фундаментальной химии результаты.

«Наш новый высокоэнергетический материал — это еще одно проявление причудливой химии высоких давлений», — добавляет Оганов, который недавно опубликовал работу (узнать больше), в которой пересмотрено и приспособлено к области высоких давлений основополагающее для химии понятие электроотрицательности. Через призму новой электроотрицательности становятся понятнее не только необычные насыщенные азотом материалы, но и всевозможные другие экзотические соединения, охватывающие всю таблицу Менделеева. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Позавчера, 16:57
ПНИПУ

Шаровая молния — выдумка или реальное явление, что такое темная материя и как она влияет на массу Вселенной? Для чего предназначены узоры на кончиках пальцев? Как мы «заражаемся» зевотой и почему мы чихаем, глядя на солнце? Отчего правшей больше, чем левшей и что нужно, чтобы сработал эффект плацебо? Об этом рассказали ученые Пермского Политеха.

18 июня
Сколтех

Ученые из Сколтеха, Цзилиньского университета и Центра передовых исследований в области науки и технологий высокого давления в Пекине (HPSTAR), а также их немецкие коллеги синтезировали и исследовали новый тип сверхпроводника с высоким содержанием водорода — супергидрид лантана типа A15 с формулой La4H23. Новый материал обладает сверхпроводимостью при температуре ниже −168 градусов и давлении в 1,2 миллиона атмосфер.

Позавчера, 08:27
Александр Березин

Популярная гипотеза о доставке большого объема легких элементов на древнюю Землю с кометами и астероидами получила существенный удар: «импорт» был весьма невелик. Значит, вода и многое другое, необходимое для возникновения жизни, никогда не исчезали с лица нашей планеты.

18 июня
Сколтех

Ученые из Сколтеха, Цзилиньского университета и Центра передовых исследований в области науки и технологий высокого давления в Пекине (HPSTAR), а также их немецкие коллеги синтезировали и исследовали новый тип сверхпроводника с высоким содержанием водорода — супергидрид лантана типа A15 с формулой La4H23. Новый материал обладает сверхпроводимостью при температуре ниже −168 градусов и давлении в 1,2 миллиона атмосфер.

Позавчера, 16:57
ПНИПУ

Шаровая молния — выдумка или реальное явление, что такое темная материя и как она влияет на массу Вселенной? Для чего предназначены узоры на кончиках пальцев? Как мы «заражаемся» зевотой и почему мы чихаем, глядя на солнце? Отчего правшей больше, чем левшей и что нужно, чтобы сработал эффект плацебо? Об этом рассказали ученые Пермского Политеха.

17 июня
Игорь Байдов

Американские военные планируют разработать психостимулятор, действие которого можно активировать в мозге с помощью ближнего ИК-излучения. Такая технология поможет пилотам ВВС США сохранять бдительность во время длительных боевых вылетов. Привыкания или побочных эффектов препарат вызывать не будет.

24 мая
Игорь Байдов

С помощью космических и наземных телескопов международная команда астрономов открыла похожий на нашу планету мир в так называемой зоне обитаемости, позволяющей воде существовать на поверхности тела в жидком состоянии. По космическим меркам экзопланета находится достаточно близко к Земле и, вероятно, представляет собой скалистый мир с благоприятным для жизни климатом. Подобные миры астрономы открывают крайне редко.

27 мая
Андрей

Европейские гляциологи, используя первые снимки Восточной Антарктиды 1937 года, а также фотографии середины XX века и современные спутниковые данные, отследили, как менялись ледники в этом регионе на протяжении 85 лет.

10 июня
Александр Березин

Исследователи из США выяснили, что примерно два миллиона лет назад Солнечная система захватила хвост облака холодного межзвездного газа. В результате гелиосфера сильно сжалась, дав галактическим лучам свободно облучать все планеты системы. Это должно было вызвать и серьезные проблемы с климатом.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно