N2 je jediná známa neutrálna a stabilná štrukturálna forma (alotrop) dusíka. Syntéza neutrálneho N3 a N4 boli hlásené už skôr, ale nebolo možné ich izolovať kvôli extrémnej nestabilite. Výskumníkom sa teraz podarilo syntézu hexánutriátu (N6), nový neutrálny alotrop dusíka, ktorý dokázali zachytiť v argónových matriciach pri teplote 10 K. Syntéza N6 bola spektroskopicky potvrdená a nový alotrop sa ukázal ako stabilný. Rozkladná reakcia bola exotermická s uvoľnením veľkého množstva energie, čo naznačuje možné využitie ako technológie skladovania energie v závislosti od požiadaviek na teploty kvapalného dusíka. Napriek tomu je príprava nového stabilného, neutrálneho alotropu dusíka významným pokrokom v chémii.
Alotropy sú rôzne štrukturálne formy prvku, ktoré vznikajú v dôsledku odlišného spôsobu väzby atómov toho istého prvku. Majú rôzne vlastnosti na základe svojej štruktúry a sú nábojovo neutrálne, existujú v neradikálových formách. Napríklad diamant, grafit a grafenu sú neutrálne, stabilné alotrópy uhlíka. Rovnako ako O2 a O3 (ozónové) alotrópy kyslíka.
A čo neutrálne, stabilné štrukturálne formy dusíka? Starý dobrý N2 je jediný známy stabilný alotrop dusíka. Dva ďalšie neutrálne alotropy N3 a N4 boli hlásené skôr v rokoch 1956 a 2002, ale nemohli byť izolované kvôli extrémnej nestabilite.
Chemikom sa teraz úspešne podarilo syntetizovať C2h-symetrický hexadusík (C2h-N6) pri izbovej teplote. [C2h symetria je bežná forma symetrie pozorovaná v chemickom svete. AC2h-symetrická molekula má dvojitú os rotácie (C2) a horizontálnu zrkadlovú rovinu (σh)].
Hexándusík (N6) bol nový neutrálny alotrop dusíka syntetizovaný pri izbovej teplote reakciou chlóru (Cl2) alebo brómu (Br2) s azidom striebra (AgN3) v plynnej fáze za zníženého tlaku. Nasledovalo kryogénne zachytávanie v argónových matriciach pri 10 Kelvinoch. Výskumníci boli tiež schopní pripraviť hexanátron v čistej forme ako film pri 77 Kelvinoch (bod varu kvapalného dusíka).
Hexándusík (N6) takto pripravený v laboratóriu bol spektroskopicky charakterizovaný a preukázalo sa, že je stabilný.
Pri rozklade hexándusík (N6) sa rozdelí na tri N2 molekuly. Reakcia je exotermická s uvoľnením 185.2 kcal na mol energie, čo je 2.2 a 1.9-krát viac ako energia uvoľnená pri rozklade TNT a HMX podľa hmotnosti. Vzhľadom na také veľké uvoľnenie energie pri rozklade sa hexanát (N6) môže byť sľubným materiálom na čistý zásobník energie, avšak to by si vyžadovalo udržiavanie hexánutričného dusíka pri teplotách kvapalného dusíka pod 77 K, čo nemusí byť vhodné pre technológiu skladovania energie.
Bez ohľadu na akékoľvek budúce využitie je príprava tohto nového neutrálneho molekulárneho alotropu dusíka pri izbovej teplote, ktorý by mohol byť zachytený v kryogénnom prostredí, významným pokrokom v chémii.
***
Referencie:
- Qian, W., Mardyukov, A. a Schreiner, PR Príprava neutrálneho dusíkatého alotropu hexanitrogénu C2h-N6. príroda 642, 356–360 (2025). Publikované: 11. júna 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}