N2 is de enige bekende neutrale en stabiele structurele vorm (allotroop) van stikstof. Synthese van neutrale N3 en N4 werden eerder gerapporteerd, maar konden niet worden geïsoleerd vanwege extreme instabiliteit. Onderzoekers zijn er nu in geslaagd om hexastikstof (N) bij kamertemperatuur te synthetiseren.6), een nieuwe neutrale allotroop van stikstof die ze in argonmatrices bij 10K konden vangen. De synthese van N6 werd spectroscopisch bevestigd en de nieuwe allotroop bleek stabiel te zijn. De ontledingsreactie was exotherm, waarbij een grote hoeveelheid energie vrijkwam, wat wijst op mogelijke toepassing als energieopslagtechnologie, mits de temperatuur van vloeibare stikstof wordt aangepast. Desondanks is de bereiding van een nieuwe stabiele, neutrale allotroop van stikstof een belangrijke ontwikkeling in de chemie.
Allotropen zijn verschillende structurele vormen van een element die het gevolg zijn van verschillende manieren waarop atomen van hetzelfde element zich binden. Ze hebben verschillende eigenschappen op basis van hun structuur en zijn ladingneutraal, en bestaan in niet-radicale vormen. Bijvoorbeeld diamant, grafiet en grafeen zijn neutrale, stabiele allotropen van koolstof. Dat geldt ook voor O2 En o3 (ozon) allotropen van zuurstof.
Hoe zit het met neutrale, stabiele structurele vormen van stikstof? De goede oude N2 is de enige bekende stabiele allotroop van stikstof. Twee andere neutrale allotropen N3 en N4 werden respectievelijk eerder in 1956 en 2002 gemeld, maar konden vanwege extreme instabiliteit niet worden geïsoleerd.
Chemici hebben nu met succes C gesynthetiseerd2h-symmetrische hexastikstof (C2h-N6) bij kamertemperatuur. [C2h symmetrie is een veel voorkomende vorm van symmetrie die in de chemische wereld wordt waargenomen. AC2h-symmetrische molecule bezit een tweevoudige rotatie-as (C2) en een horizontaal spiegelvlak (σh)].
Hexanitrogeen (N6), werd de nieuwe neutrale allotroop van stikstof gesynthetiseerd bij kamertemperatuur door de gasfasereactie van chloor (Cl2) of broom (Br2) met zilverazide (AgN3) onder verlaagde druk. Dit werd gevolgd door cryogene insluiting in argonmatrices bij 10 Kelvin. De onderzoekers waren ook in staat om hexastikstof in zuivere vorm te bereiden als een film bij 77 Kelvin (het kookpunt van vloeibare stikstof).
Hexanitrogeen (N6) dat op deze wijze in het laboratorium is bereid, werd spectroscopisch gekarakteriseerd en bleek stabiel te zijn.
Bij ontleding wordt hexastikstof (N6) breekt in drie N2 moleculen. De reactie is exotherm met een vrijgave van 185.2 kcal per mol energie, wat 2.2 en 1.9 keer hoger is dan de energie die vrijkomt bij de ontleding van TNT en HMX op gewichtsbasis. Vanwege de grote energievrijgave bij de ontleding, is hexastikstof (N6) kan een veelbelovend materiaal zijn voor schone energieopslag. Daarvoor zou hexastikstof echter bij temperaturen van vloeibaar stikstof onder de 77 K bewaard moeten worden, wat niet zo goed werkt voor een technologie voor energieopslag.
Ongeacht eventuele toekomstige toepassingen is de bereiding bij kamertemperatuur van deze nieuwe neutrale moleculaire allotroop van stikstof, die in een cryogene omgeving kan worden opgeslagen, een belangrijke ontwikkeling in de scheikunde.
***
Referenties:
- Qian, W., Mardyukov, A. & Schreiner, PR Bereiding van een neutrale stikstofallotroop hexastikstof C2u-N6. NATUUR 642, 356–360 (2025). Gepubliceerd: 11 juni 2025. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-025-09032-9
***
, a new neutral allotrope of nitrogen which they could trap in argon matrices at 10K. The synthesis of N6 was confirmed spectroscopically and the new allotrope was demonstrated to be stable.){kind=link}