N2 er den eneste kendte neutrale og stabile strukturform (allotrop) af nitrogen. Syntese af neutralt N3 og N4 blev rapporteret tidligere, men kunne ikke isoleres på grund af ekstrem ustabilitet. Forskere har nu haft succes med at syntetisere hexanitrogen (N) ved stuetemperatur6), en ny neutral allotrop af nitrogen, som de kunne fange i argonmatricer ved 10K. Syntesen af N6 blev bekræftet spektroskopisk, og den nye allotrop blev påvist at være stabil. Nedbrydningsreaktionen var eksoterm med frigivelse af en stor mængde energi, hvilket tyder på mulig anvendelse som energilagringsteknologi underlagt krav om flydende nitrogentemperaturer. På trods af dette er fremstillingen af en ny stabil, neutral allotrop af nitrogen en betydelig udvikling inden for kemi.
Allotroper er forskellige strukturelle former af et element, der skyldes forskellige bindingsmåder for atomer i det samme element. De har forskellige egenskaber baseret på deres struktur og er ladningsneutrale, og de findes i ikke-radikale former. For eksempel diamant, grafit og graphene er neutrale, stabile allotroper af kulstof. Det samme gælder O2 og O3 (ozon) allotroper af ilt.
Hvad med neutrale, stabile strukturelle former for nitrogen? Det gode gamle N2 er den eneste kendte stabile allotrop af nitrogen. To andre neutrale allotroper N3 og N4 blev rapporteret tidligere i henholdsvis 1956 og 2002, men kunne ikke isoleres på grund af ekstrem ustabilitet.
Kemikere har nu med succes syntetiseret C2h-symmetrisk hexanitrogen (C2h-N6) ved stuetemperatur. [C2h Symmetri er en almindelig form for symmetri, der observeres i den kemiske verden.2hEt symmetrisk molekyle har en dobbelt rotationsakse (C2) og et vandret spejlplan (σh)].
Hexanitrogen (N6), blev den nye neutrale allotrop af nitrogen syntetiseret ved stuetemperatur gennem gasfasereaktion af klor (Cl2) eller brom (Br2) med sølvazid (AgN3) under reduceret tryk. Dette blev efterfulgt af kryogen indfangning i argonmatricer ved 10 Kelvin. Forskerne var også i stand til at fremstille hexanitrogen i ren form som en film ved 77 Kelvin (kogepunktet for flydende nitrogen).
Hexanitrogen (N6) fremstillet således i laboratoriet blev karakteriseret spektroskopisk og viste sig at være stabil.
Ved nedbrydning dannes hexanitrogen (N6) opdeles i tre N2 molekyler. Reaktionen er eksoterm med en frigivelse på 185.2 kcal pr. mol energi, hvilket er 2.2 og 1.9 gange højere end den energi, der frigives ved nedbrydning af TNT og HMX efter vægt. På grund af en så stor energifrigivelse ved nedbrydning, hexanitrogen (N6) kan være et lovende rent energilagringsmateriale, men det ville kræve, at hexanitrogen holdes ved flydende nitrogentemperaturer under 77K, hvilket muligvis ikke fungerer godt for en energilagringsteknologi.
Uanset enhver fremtidig anvendelse er fremstilling ved stuetemperatur af denne nye neutrale molekylære allotrop af nitrogen, som kan indfanges i et kryogent miljø, en betydelig udvikling inden for kemi.
***
Referencer:
- Qian, W., Mardyukov, A. & Schreiner, PR Fremstilling af en neutral nitrogenallotrop hexanitrogen C2t-N6. Natur 642, 356–360 (2025). Udgivet: 11. juni 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}