Тетранитроген

Тетранитрогенот е неутрално наелектризиран полиазотен алотроп со хемиската формула и се состои од четири атоми на азот. Тетранитрогенскиот катјон е позитивно наелектризираниот јон, , кој е постабилен од неутралната тетранитроген молекула затоа е повеќе проучен.
1 Историја
Полинитрогенските соединенија се добро познати и карактеризирани од хемичарите многу години. Вообичаениот молекуларен (двоатомски) азот првпат бил изолиран од Даниел Радерфорд во 1772 година и азидниот јон бил откриен од Теодор Куртиус во 1890 година. Откритијата на други сродни азотни алотипови во текот на дваесеттиот век ги вклучуваат ароматичната молекула пентазол и радикалната молекула . Сепак, ниту еден од овие комплекси не може да се изолира или синтетизира на макроскопска скала како и азид, дури во 1999 година била смислена синтеза од големи размери за трет алотроп на азот, пентазениум катјон. Овој зголемен интерес за полиазотни соединенија кон крајот на дваесеттиот век се должи на напредокот на пресметковната хемија која предвиде дека овие типови на молекули може да се користат како потенцијални извори на материја со висока енергетска густина (HEDM).
катјон првпат бил откриен во 1958 година по анализа на аномални позадински врвови со молекуларна маса 56+ и 42+ во масените спектри на молекуларниот азот, што одговарало со формирањето на и , соодветно. Експлицитна синтеза на првпат било изведено во 1984 година со сличен механизам на електронско бомбардирање на . Теоретската хемија предвидела неколку можни механизми за синтеза за вклучувајќи реакција на неутрален N атом со радикал, врзување на две молекули во возбудена состојба и истиснување од полициклични соединенија, од кои ниту една не може да се постигне експериментално. Меѓутоа, во 2002 година бил измислен метод за синтеза на тетранитроген од дејонизација на преку масена спектрометрија за неутрализација-рејонизација (NRMS). Во синтезата, (кој првпат бил формиран во комората за јонизација на масениот спектрометар) претрпел два настани на високоенергетски судир. При првиот судир, контактирал со целниот гас, , за да се добие мал процент на неутрален молекули.
: + → +
Се користела отклонувачка електрода за отстранување на нереагиран јони како и целниот гас , и сите дополнителни производи од ненамерна реакција, оставајќи проток на молекули. Со цел да се афирмира синтезата и изолацијата на , овој поток потоа претрпел втор судир, контактирајќи со вториот целен гас, , реформирање на катјон.
: + → +О
: Исчезнувањето и повторното појавување на овој „врв на закрепнување“ го потврдува завршувањето на двете реакции, обезбедувајќи доволно докази за синтезата на со овој метод. Бидејќи „времето на летот“ помеѓу двете реакции, извршени во посебни комори на масениот спектрометар, било од редот на 1 микрометар, молекулите имаат животен век од барем толкава должина.
2 Карактеристики
Од неговото откривање, не е добро проучен. Тоа е гас на собна температура ( . Исто така, има животен век поголем од 1μs, иако се предвидува дека ќе се карактеризира како метастабилна. Поради својата нестабилност, молекулата N<sub>4</sub> лесно се разделува на две постабилни N<sub>2</sub> молекули. Овој процес е многу егзотермичен, ослободувајќи околу 800kJmol <sup>−1</sup> енергија.
Од самиот почеток пресметките во неутралниот молекулар сугерираат дека претходно предложените правоаголни или тетраедарски структури, аналогни на циклобутадиенот и тетрахедранот, соодветно, веројатно нема да бидат термодинамички најстабилни. Наместо тоа, основната состојба се очекува да биде свиткана или цик-цак линеарен ланец од четирите атоми на азот што содржи два неспарени електрони на еден од терминалните атоми на азот - во суштина азидонитрен.
Структурата на е предвидено со теоретски експерименти и потврдено со експериментални техники кои вклучуваат судир активирана дисоцијациона масена спектрометрија (CADMS). Оваа техника го бомбардира -произведуваат фрагменти кои потоа може да се анализираат со тандемска масена спектрометрија. Врз основа на забележаните фрагменти, била утврдена структура која вклучува два пара атоми на азот со тројна врска (два единици) кои се поврзани една со друга со подолга, послаба врска.
3 Апликации
Се предвидува дека тетранитрогенот и другите слични полиазотни соединенија се добри кандидати за употреба како материја со висока енергетска густина (HEDM), извори на гориво со висока енергија со мала тежина во споредба со традиционалните извори на енергија базирани на течни и горивни ќелии. N≡N тројната врска на е многу посилна ( енергија на формирање 229 kcal / mol ) од една и пол еквивалентна N=N двојни врски (100kcal/mol, односно 150kcal/mol вкупно) или еквивалентни три N−N единечни врски (38.4kcal/mol, односно 115kcal/mol вкупно). Поради ова, се очекува молекулите на полиазот лесно да се разградат на безопасни гас, во процесот на ослободување на големи количини на хемиска енергија. Ова е во спротивност со соединенијата што содржат јаглерод кои имаат помала енергија на формирање за еквивалентен број единечни или двојни врски отколку за тројна врска C≡C, што овозможува термодинамички поволно формирање на полимери. Токму поради оваа причина единствената алотропна форма на азот пронајдена во природата е молекуларниот азот ( ) и зошто новите стратегии за синтетизирање на полиазотни алотропи на економичен начин се толку многу барани.
4 Поврзано
* Хексазин (алотроп на азот со формула <sub>N6</sub> )
* Октазакубан (алотроп на азот со формула <sub>N8</sub> )
* Бел фосфор, ознака бел фосфор
* Тетраарсен (ознака „жолт арсен“)
* Тетраоксиген
* Тетраедран, тетраедарски јаглеводород