Crean ‘nitrógeno negro’ y resuelven misterio de la química
‘Nitrógeno negro’, investigadores descubren nuevo material de alta presión y resuelven un rompecabezas de la tabla periódica.
Un nuevo hallazgo reveló que el nitrógeno puede no ser tan extraño después de todo, solo necesita las condiciones correctas de presión extrema, y luego se alinea, comportándose como los demás.
Cuando se trata de poner los elementos más ligeros de la tabla periódica a alta presión, el nitrógeno parece ser el más extraño.
Mientras que el oxígeno, el boro y el carbono cambian de estructura de acuerdo con un patrón específico, el nitrógeno no, una anomalía evidente que los científicos han luchado por resolver.
Un orden importante
La tabla periódica está organizada en orden ascendente, en función del número de protones en el núcleo atómico de cada elemento, de izquierda a derecha en 18 columnas numeradas, también conocidas como familias. nitrógeno negro, nitrógeno negro, nitrógeno negro
Estas familias no son aleatorias: están formadas por elementos que tienen propiedades similares, que se repiten a través de intervalos.
Los elementos en la parte superior de una columna de esa familia tienen el número más bajo de protones y la masa más baja. Y ahí es donde se pone interesante.
En algunas familias, cuando se crean formas físicas alternativas (alótropos) del elemento superior bajo presión, muestran propiedades estructurales similares a los elementos más pesados en el grupo, pero en condiciones normales, no se necesita presión excesiva.
Los alótropos son formas diferentes de elementos que pueden existir en el mismo estado. Por ejemplo, el grafito, el grafeno y el diamante son alótropos de carbono, todos existentes en estado sólido.
Según los investigadores, todos los alótropos mencionados anteriormente siguen muy bien el patrón familiar.
¿Y el nitrógeno, como lo lograron?
Luego está el nitrógeno. Su familia contiene nitrógeno, fósforo, arsénico, antimonio, bismuto y moscovio. En experimentos previos de alta presión, el nitrógeno no exhibía estructuras similares a ninguno de esos elementos.
¿Pero tal vez simplemente no los encontramos? Investigadores de la Universidad de Bayreuth en Alemania desarrollaron un nuevo método para medir el nitrógeno a alta presión.
Primero, exprimieron el gas nitrógeno en un yunque de diamante, a casi 1.4 millones de veces la presión atmosférica al nivel del mar, mientras usaban un láser para calentarlo a temperaturas de alrededor de 3,726 grados centígrados.
Este proceso se realizó por etapas.
Luego, utilizaron la difracción de rayos X de un solo cristal sincrotrón (rayos X disparados a través de un acelerador de partículas) para estudiar e identificar el material donde estaba, y realizaron mediciones complementarias de espectroscopía Raman y cálculos de teoría funcional de densidad para confirmar esa identificación.
La estructura cristalina del nitrógeno comprimido y calentado era algo nuevo, pero también familiar.
El material que encontraron los investigadores no era estructuralmente similar a los elementos de la familia del nitrógeno, sino alótropos de la familia del nitrógeno. En particular, un alótropo de fósforo llamado fósforo negro, pero también alótropos de arsénico y antimonio llamados arsénico negro y antimonio negro.
“Nos sorprendieron e intrigaron los datos de medición que de repente nos proporcionaron una estructura característica del fósforo negro”, dijo el físico y químico Dominique Laniel de la Universidad de Bayreuth.
“Otros experimentos y cálculos confirmaron desde entonces este hallazgo. Esto significa que no hay dudas al respecto: el nitrógeno, de hecho, no es un elemento excepcional, sino que sigue la misma regla de oro de la tabla periódica que el carbono y el oxígeno”.
Por lo tanto, los investigadores han propuesto el nombre de ‘nitrógeno negro’, y creen que tiene algunas aplicaciones potenciales interesantes. Se compone de capas bidimensionales, con los átomos dispuestos en un patrón de zigzag reticulado.
Al igual que el grafeno, el ‘nitrógeno negro’ parece ser altamente conductivo, lo que significa que podría ser útil para semiconductores, transistores y otras aplicaciones de alta tecnología.
Por el momento, sin embargo, es demasiado inestable. Solo puede existir en esas condiciones de alta presión y calor. En el momento en que esas influencias se relajan, el ‘nitrógeno negro’ se disuelve.
La investigación ha sido publicada en Physical Review Letters.
