Блог

Aug 08, 2023

Новое взрывчатое соединение, синтезированное из странного мира Хай

Автор Сколтех21 апреля 2022 г. Художественная концепция анимации взрыва. Исследователи из Сколтеха, Вашингтонского института Карнеги, Университета Говарда, Чикагского университета. Основанный в 1890 году

Автор Сколтех21 апреля 2022 г.

Концепция художника-аниматора взрыва.

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"}]"> Чикагский университет и Институт физики твердого тела Китайской академии наук синтезировали K2N6, экзотическое соединение, содержащее группы N6 и обладающее взрывным количеством энергии. Хотя команде пришлось создать давление синтеза, в несколько раз превышающее то, которое необходимо для того, 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 журнале Nature Chemistry, приближает нас на шаг ближе. к тому, что было бы технологически применимо.

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"}]"> У атома есть три неспаренных электрона, которым не терпится образовать химические связи, и объединение двух таких атомов в молекулу N2, в которой атомы имеют три электронные пары, является, безусловно, наиболее энергоэффективным способом поцарапать этот зуд. 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 N2.

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

Профессор Артем Оганов из Сколтеха, ответственный за расчеты в исследовании, о котором рассказывается в этой статье, комментирует: «Давно существовала идея, что чистый азот может стать идеальным химическим взрывчатым веществом, если его синтезировать в форме, не содержащей N2. 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 N2 с тройными связями, их синтез требует давления, слишком высокого для любого практического применения. Это заставляет исследователей экспериментировать с другими соединениями, богатыми азотом, например, с тем, которое было впервые получено в опубликованном сегодня исследовании под руководством Александра Гончарова из Карнеги.

«Соединение, которое мы синтезировали, называется азидом калия и имеет формулу K2N6. Это кристалл, созданный под давлением 450 000 атмосфер. Однажды сформировавшись, он может сохраняться примерно при половине этого давления», — говорит Александр Гончаров, 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».