Akceptuję
W ramach naszej witryny stosujemy pliki cookies w celu świadczenia państwu usług na najwyższym poziomie, w tym w sposób dostosowany do indywidualnych potrzeb. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczone w Państwa urządzeniu końcowym. Możecie Państwo dokonać w każdym czasie zmiany ustawień dotyczących cookies. Więcej szczegółów w naszej Polityce Prywatności

Zamknij X
Reklama1
Strona główna Felieton

Chemicy wykazali, że azot może być hipertowarzyski


Azot, choć występuje powszechnie, wiązania chemiczne tworzy niechętnie, zwłaszcza z więcej niż czterema atomami. Chemicy przewidują jednak, że w odpowiednio dobranych warunkach może pojawić się azot, jakiego nikt jeszcze nie widział: zdolny do uformowania nawet sześciu wiązań chemicznych.

Symulacje komputerowe sugerują że azot - pierwiastek doskonale znany - na dodatek z reputacją reagującego niechętnie, przy odpowiednio wysokim ciśnieniu mógłby złamać chemiczne reguły i stać się nadzwyczaj towarzyski: jego pojedynczy atom byłby wówczas w stanie utworzyć nawet sześć wiązań chemicznych.

 

Zaskakującego odkrycia dokonali naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk (IChF PAN) w Warszawie i Centrum Nowych Technologii Uniwersytetu Warszawskiego (CeNT UW), których badania finansowane są z grantów Narodowego Centrum Nauki.

 

Chemicy od dawna wiedzą, że azot może niekiedy przyjmować wartościowość równą pięć, co oznacza, że potencjalnie jest zdolny do uformowania wiązań z pięcioma innymi atomami. Podobne cechy wykazuje fosfor, który sąsiaduje z azotem w układzie okresowym pierwiastków.

 

„Azot zachowuje się jednak inaczej niż fosfor: w praktyce pięć wiązań tworzy co najwyżej z czterema innymi atomami, a jeszcze częściej z trzema, jak w przypadku popularnego kwasu azotowego. My postanowiliśmy zbadać metodami komputerowymi możliwość otrzymania związku, w którym pięciowartościowy azot łączyłby się z pięcioma sąsiadami za pomocą wiązań kowalencyjnych, czyli chemicznych. Przeanalizowaliśmy tysiące struktur krystalicznych związków azotu z fluorem, powstających w wysokich ciśnieniach. Mieliśmy nadzieję zobaczyć jakieś struktury zawierające cząsteczki pentafluorku azotu NH5" - mówi dr Patryk Zaleski-Ejgierd z IChF PAN. Nie byli jednak przygotowani na to, że w jednym z kryształów natrafią na jony o wzorze NF6, w których atom azotu jest związany z aż sześcioma atomami fluoru.

 

Dr Dominik Kurzydłowski współautor publikacji w czasopiśmie „Scientific Reports”, tak tłumaczy istotę odkrycia: „Do uformowania pojedynczego wiązania kowalencyjnego potrzeba dwóch elektronów. Kłopot z azotem polega na tym, że tworząc różnorakie związki, tak +handluje+ on elektronami, żeby zawsze mieć ich wokół siebie osiem, co wystarcza na wiązania z nie więcej niż czterema atomami. Nam jako pierwszym udało się znaleźć stabilny kryształ, w którym azot łamie regułę oktetu – czyli ów wymóg posiadania dokładnie ośmiu elektronów – i formuje wiązania z udziałem łącznie aż dwunastu elektronów”.

 

Związki, w których jakiś pierwiastek łamię regułę oktetu, są nazywane hiperwalencyjnymi. Tworzy je wiele pierwiastków: fosfor, siarka, różne metale. Zjawisko jest korzystne, ponieważ znacząco poszerza możliwości wiązania atomów w związki chemiczne. Na przykład gdyby nie hiperwalencyjność, siarka nie tworzyłaby kwasu siarkowego, a fosfor nie mógłby być jednym z budulców DNA.

 

Obliczenia i symulacje związane z poszukiwaniami hiperwalencyjnego azotu przeprowadzono w IChF PAN z użyciem teorii funkcjonału gęstości elektronowej, a więc metodą standardowo stosowaną w badaniach ciała stałego. Autorzy odkrycia skorzystali jednak z jednego z bardziej zaawansowanych wariantów tej teorii – funkcjonału hybrydowego. Umożliwia on bardzo dokładny opis wiązań chemicznych, co jednak wiąże się z wielokrotnym wydłużeniem czasu obliczeń.

 

„Badane przez nas związki, a także warunki, w jakich dochodziło do ich formowania, były bardzo egzotyczne. Dokładność rachunków miała więc znaczenie absolutnie priorytetowe i to z tego powodu zdecydowaliśmy się na obliczenia z wykorzystaniem funkcjonału hybrydowego" - mówi dr Kurzydłowski i podkreśla, że przeprowadzenie symulacji w rozsądnym czasie było możliwe dzięki współpracy z Interdyscyplinarnym Centrum Modelowania Matematycznego i Komputerowego Uniwersytetu Warszawskiego.

 

„Nie stawiałbym na to zbyt wielkich pieniędzy, ale nie można całkowicie wykluczyć, że przewidziane przez nas kryształy z unikatowymi jonami NF6 - kiedyś można będzie po prostu wziąć do ręki. Gdyby okazały się aż tak stabilne, kto wie, może udałoby się znaleźć dla nich ciekawe zastosowania?” - zastanawia się dr Zaleski-Ejgierd.

 

Jednak chwytanie w dłoń kryształu z jonami NF6 prawdopodobnie nie należałoby do najlepszych pomysłów. Już trifluorek azotu jest silnym utleniaczem, który trzeba magazynować w stalowych butlach. Kryształ pentafluorku azotu z domieszką NF6 byłby utleniaczem jeszcze silniejszym i można przypuszczać, że nawet samo skonstruowanie pojemnika pozwalającego bezpiecznie go przechowywać mogłoby przysporzyć inżynierom sporych trudności.


Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl



Drukuj PDF
wstecz Podziel się ze znajomymi

znajdz nas na fcb
Informacje dnia: Wzajemne oddziaływania białek w uszkodzeniach DNA Wyleczyć uciążliwą dolegliwość układu pokarmowego Przyjazne środowisku katalizatory do zadań specjalnych Naukowcy spowolnili proces starzenia się Terapeutyczne wykorzystanie komórek dendrytycznych Znamy finalistów FameLab Wzajemne oddziaływania białek w uszkodzeniach DNA Wyleczyć uciążliwą dolegliwość układu pokarmowego Przyjazne środowisku katalizatory do zadań specjalnych Naukowcy spowolnili proces starzenia się Terapeutyczne wykorzystanie komórek dendrytycznych Znamy finalistów FameLab Wzajemne oddziaływania białek w uszkodzeniach DNA Wyleczyć uciążliwą dolegliwość układu pokarmowego Przyjazne środowisku katalizatory do zadań specjalnych Naukowcy spowolnili proces starzenia się Terapeutyczne wykorzystanie komórek dendrytycznych Znamy finalistów FameLab

Partnerzy

GoldenLine Fundacja Kobiety Nauki Obywatele Nauki NeuroSkoki Biomantis Uni Gdansk MULTITRAIN I MULTITRAIN II Nauki przyrodnicze KOŁO INZYNIERÓW PB ICHF PAN FUNDACJA JWP NEURONAUKA BIOOPEN 2016 Mlodym Okiem Nanotechnologia Lodz Genomica SYMBIOZA 2017 Nauka w Polsce CITTRU - Centrum Innowacji, Transferu Technologii i Rozwoju Uniwersytetu Akademia PAN Chemia i Biznes Farmacom Świat Chemii Forum Akademickie Biotechnologia     Geodezja „Pomiędzy naukami – zjazd fizyków i chemików” WIMC WARSZAWA 2016 Konferencja Biomedyczna Projektor Jagielloński Instytut Lotnictwa EuroLab