Un equipo internacional de investigación crea compuestos de nitrógeno desconocidos hasta ahora
El estudio ejemplifica el gran potencial, aún sin explotar, de la investigación a alta presión para la química del nitrógeno
Los nitruros no metálicos son compuestos en los que el nitrógeno y elementos no metálicos están unidos por enlaces covalentes. Debido a sus interesantes propiedades tecnológicas, se han convertido cada vez más en el centro de la investigación de materiales. En la revista "Chemistry - A European Journal", un equipo internacional con investigadores de la Universidad de Bayreuth presenta compuestos de fósforo-nitrógeno desconocidos hasta ahora y sintetizados a presiones muy elevadas. Contienen unidades estructurales cuya existencia no se había podido demostrar empíricamente hasta ahora. El estudio ejemplifica el gran potencial, aún sin explotar, de la investigación a altas presiones para la química del nitrógeno.
Demostrada empíricamente por primera vez: la estructura de PN₂ formada por octaedros de PN₆.
(c) Dominique Laniel
Igualmente inusual: la estructura, compuesta de tetraedros PN₄, del polimorfo α′-P₃N₅, que es una modificación desconocida hasta ahora del polinitruro P₃N₅.
(c) Dominique Laniel
Los investigadores consiguieron sintetizar una modificación desconocida hasta entonces del nitruro de fósforo P₃N₅, el polimorfo δ-P₃N₅, a una presión de 72 gigapascales. A 134 gigapascales, se formó el nitruro de fósforo PN₂ en la célula de yunque de diamante. Ambos compuestos se clasifican como materiales ultraincompresibles, con módulos aparentes superiores a 320 GPa. Los investigadores descubrieron una razón clave de esta resistencia extrema mediante análisis de difracción de rayos X de sincrotrón cálculos de teoría del funcional de la densidad: las estructuras cristalinas de δ-P₃N₅ y PN₂ consisten en una densa red de octaedros PN₆ con un átomo de fósforo rodeado por seis átomos de nitrógeno. Hasta ahora, la existencia de estas unidades estructurales sólo se sospechaba, pero ahora se han demostrado empíricamente por primera vez.
El polimorfo δ-P₃N₅ se transformó en otra modificación también desconocida hasta entonces del P₃N₅ cuando se redujo la presión de compresión: a siete gigapascales, se formó el polimorfo α′-P₃N₅. Se trata de un nuevo material sólido que permanece estable en condiciones ambientales normales. La estructura cristalina de este fosforonitruro también es inusual, ya que se compone de tetraedros PN₄: Un átomo de fósforo se encuentra en el centro de estas unidades estructurales piramidales, mientras que las cuatro "esquinas" están ocupadas cada una por un átomo de nitrógeno. En comparación con el conocido polimorfo α-P₃N₅, del que ya se habla en la investigación como posible material industrial, el α′-P₃N₅ tiene una densidad significativamente mayor. Por lo tanto, es considerablemente más duro y potencialmente aún más atractivo en términos de posibles aplicaciones de ingeniería.
"El α′-P₃N₅ formado en la descompresión del δ-P₃N₅ ejemplifica cómo pueden descubrirse compuestos de nitrógeno con propiedades muy interesantes mediante un rodeo de síntesis a alta presión. Ahora deben seguir otras investigaciones para explorar las posibles aplicaciones de este nuevo material. Con nuestra publicación, queremos fomentar una mayor investigación a alta presión y alta temperatura sobre los nitruros no metálicos, que se han descuidado en gran medida en comparación con los nitruros metálicos. Los nuevos estudios en este apasionante campo pueden ampliar considerablemente nuestra comprensión de la química del nitrógeno. También contribuirán potencialmente al descubrimiento de materiales reciclables para productos de uso cotidiano", afirma la Prof. Dra. Dra. h.c. Natalia Dubrovinskaia, física de cristales del Laboratorio de Cristalografía de la Universidad de Bayreuth y coordinadora de la investigación.
Cooperación internacional
Junto con el Instituto Bávaro de Investigación en Geoquímica Experimental y Geofísica (BGI) y el Laboratorio de Cristalografía de la Universidad de Bayreuth, han participado en el nuevo estudio otros numerosos investigadores: la LMU de Múnich, la Universidad de Edimburgo, la Universidad de Linköping, la Universidad de Shandong en Jinan (China), el Sincrotrón Alemán de Electrones (DESY) de Hamburgo, la Instalación Europea de Radiación Sincrotrónica de Grenoble y el Centro de Fuentes Avanzadas de Radiación de la Universidad de Chicago.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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