Nouvelles

Jul 21, 2023

Nouveau composé explosif synthétisé à partir d’un monde étrange de haute

Par Skoltech 21 avril 2022 Concept d'artiste d'animation d'explosion. Des chercheurs de Skoltech, Carnegie Institution of Washington, Howard University, University of ChicagoFondée en 1890, la

Par Skoltech21 avril 2022

Concept d'artiste d'animation d'explosion.

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"}]"> L'Université de Chicago et l'Institut de physique du solide de l'Académie chinoise des sciences ont synthétisé le K2N6, un composé exotique contenant des groupes N6 et contenant des quantités explosives d'énergie. Alors que l’équipe a dû créer des pressions de synthèse plusieurs fois supérieures à celles nécessaires pour rendre le matériau utile en dehors du laboratoire comme explosif ou propulseur de fusée, l’expérience qui sera publiée aujourd’hui (21 avril 2022) dans Nature Chemistry nous rapproche encore plus. à ce qui serait technologiquement applicable.

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"}]"> L'atome a trois électrons non appariés désireux de former des liaisons chimiques, et combiner deux de ces atomes dans une molécule N2 dans laquelle les atomes partagent trois paires d'électrons est de loin le moyen le plus économe en énergie de gratter cette démangeaison. Cela signifie que les composés contenant de nombreux atomes d’azote engagés dans d’autres liaisons moins avantageuses sur le plan énergétique sont toujours au bord d’une réaction explosive produisant du gaz N2.

Microphotographies d'échantillons d'azoture de potassium chauffés au laser à des pressions de 500 000 atmosphères (à gauche) et 300 000 atmosphères (à droite). Les zones blanches à bleu clair à l'extérieur sont K1N3. Vers le centre, le matériau s'est transformé en K2N6 sur la photo de gauche et en un composé mystérieux et mal compris de formule K3(N2)4 sur la droite. Crédit : Yu Wang et al./Nature Chemistry

Le professeur Artem R. Oganov de Skoltech, responsable des calculs de l'étude rapportée dans cet article, commente : « L'idée existe depuis longtemps selon laquelle l'azote pur pourrait être l'explosif chimique ultime s'il était synthétisé sous une forme ne contenant pas de N2. molécules. Et en effet, des recherches antérieures ont montré qu’à des pressions supérieures à 1 million d’atmosphères, l’azote forme des structures dans lesquelles deux atomes adjacents ne partagent qu’une seule paire d’électrons, et non trois.

Même si de tels cristaux d’azote exotiques pourraient certainement exploser, revenant au gaz N2 à triple liaison familier, leur synthèse nécessite des pressions trop élevées pour toute application pratique. Cela amène les chercheurs à expérimenter d'autres composés riches en azote, comme celui obtenu pour la première fois dans l'étude publiée aujourd'hui, dirigée par Alexander F. Goncharov de Carnegie.

« Le composé que nous avons synthétisé s’appelle azoture de potassium et répond à la formule K2N6. C'est un cristal créé à une pression de 450 000 atmosphères. Une fois formé, il peut persister à environ la moitié de cette pression », explique Alexander Goncharov, chercheur à la Carnegie Institution de Washington, où l'expérience a été menée. « Dans ce cristal, les atomes d’azote s’assemblent en hexagones, où la liaison entre deux azotes adjacents est intermédiaire entre une simple et une double liaison. La structure de notre composé est constituée de ces hexagones alternant avec des atomes de potassium individuels qui stabilisent les « anneaux » d’azote, qui constituent la partie vraiment intéressante.