هگزانیتروژن (N6): یک آلوتروپ خنثی جدید از نیتروژن

N2 تنها شکل ساختاری (آلوتروپ) خنثی و پایدار نیتروژن شناخته شده است. سنتز N3 و N4 خنثی _قبلاً گزارش _شده بود، اما به دلیل ناپایداری شدید، جداسازی آنها امکان‌پذیر نبود. محققان اکنون موفق به سنتز هگزانیتروژن (N6)، یک آلوتروپ خنثی جدید نیتروژن، در دمای اتاق شده‌اند _{که می‌توانند} آن را در ماتریس‌های آرگون در دمای 10 کلوین به دام بیندازند. سنتز N6 _از طریق طیف‌سنجی تأیید شد و آلوتروپ جدید پایدار نشان داده شد. واکنش تجزیه گرمازا بود و مقدار زیادی انرژی آزاد می‌کرد که نشان‌دهنده کاربرد احتمالی آن به عنوان یک فناوری ذخیره‌سازی انرژی با توجه به نیاز به دمای نیتروژن مایع است. با وجود این، تهیه یک آلوتروپ پایدار و خنثی جدید نیتروژن، پیشرفت قابل توجهی در شیمی است.

آلوتروپ‌ها اشکال ساختاری متفاوتی از یک عنصر هستند که از نحوه‌ی پیوند متفاوت اتم‌های یک عنصر حاصل می‌شوند. آن‌ها بر اساس ساختارشان خواص متفاوتی دارند و از نظر بار خنثی هستند و به شکل‌های غیررادیکال وجود دارند. به عنوان مثال، الماس، گرافیت و گرافن آلوتروپ‌های خنثی و پایدار کربن هستند. همچنین آلوتروپ‌های O2 _و O3 ₍ ازن) اکسیژن نیز چنین هستند.

در مورد اشکال ساختاری خنثی و پایدار نیتروژن چطور؟ N2 قدیمی و خوب، _تنها آلوتروپ پایدار شناخته شده نیتروژن است. دو آلوتروپ خنثی دیگر N3 _و N4 _پیش از این به ترتیب در سال‌های ۱۹۵۶ و ۲۰۰۲ گزارش شده بودند، اما به دلیل ناپایداری شدید، جداسازی آنها امکان‌پذیر نبود.

شیمیدانان اکنون با موفقیت هگزانیتروژن متقارن _{C2h ( C2h} - _N6 ) را در دمای اتاق سنتز کرده‌اند. [ تقارن _C2h نوعی تقارن رایج است که در دنیای شیمی مشاهده می‌شود. مولکول متقارن AC2h _دارای یک محور چرخش دوگانه (C2) و یک صفحه آینه‌ای افقی (σh) است].

هگزانیتروژن (N6 ₎ ، آلوتروپ خنثی جدید نیتروژن، در دمای اتاق از طریق واکنش فاز گازی کلر (Cl2) یا برم (Br2) با آزید نقره (AgN3) تحت فشار کاهش یافته سنتز شد. پس از آن، به دام انداختن کرایوژنیک در ماتریس‌های آرگون در دمای 10 کلوین انجام شد. محققان همچنین توانستند هگزانیتروژن را به صورت خالص به عنوان یک لایه نازک در دمای 77 کلوین (نقطه جوش نیتروژن مایع) تهیه کنند.

هگزانیتروژن (N6 ₎ که بدین ترتیب در آزمایشگاه تهیه شد، به صورت طیف‌سنجی مشخصه‌یابی شد و پایداری آن اثبات گردید.

هگزانیتروژن (N6) در هنگام تجزیه _به سه مولکول N2 تجزیه می‌شود _. این واکنش گرمازا است و به ازای هر مول انرژی، 185.2 کیلوکالری آزاد می‌کند که به ترتیب 2.2 و 1.9 برابر بیشتر از انرژی آزاد شده در تجزیه TNT و HMX بر حسب وزن است. به دلیل چنین آزادسازی انرژی زیادی در هنگام تجزیه، هگزانیتروژن (N6 ₎ ممکن است یک ماده ذخیره انرژی پاک امیدوارکننده باشد، با این حال، این امر مستلزم نگهداری هگزانیتروژن در دمای نیتروژن مایع زیر 77 کلوین است که ممکن است برای یک فناوری ذخیره انرژی مناسب نباشد.

صرف نظر از هرگونه کاربرد آینده، آماده‌سازی این آلوتروپ مولکولی خنثی جدید نیتروژن در دمای اتاق که می‌تواند در یک محیط برودتی به دام بیفتد، پیشرفت قابل توجهی در شیمی است.  

*** 

منابع:  

1. کیان، دبلیو.، ماردیوکوف، آ. و شراینر، پی.آر. تهیه آلوتروپ خنثی نیتروژن هگزانیتروژن C2h-N6 . طبیعت 642، 356–360 (2025). منتشر شده: 11 ژوئن 2025. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-025-09032-9 

***