Tetranitrógeno
| Nombres | |
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| Nombre IUPAC tetranitrógeno | |
| Identificadores | |
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Modelo 3D ( JSmol ) |
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| ChemSpider |
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PubChem CID | |
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| Propiedades | |
| N 4 | |
| Masa molar | 56.0268 |
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |
| Referencias de Infobox | |
El tetranitrógeno es un polinitrógeno alótropo con carga neutra de fórmula química N
4y consta de cuatro átomos de nitrógeno . El catión tetranitrógeno es el ion con carga positiva, N+
4, que es más estable que el tetranitrógeno neutro y, por tanto, está más estudiado.
Historia
Los compuestos de polinitrógeno son bien conocidos y caracterizados por los químicos durante muchos años. Nitrógeno molecular ( N
2) fue aislado por primera vez por Daniel Rutherford en 1772 [1] y el ion azida ( N-
3) fue descubierto por Theodor Curtius en 1890. [2] Los descubrimientos de otros alotipos nitrogenados relacionados durante el siglo XX incluyen la molécula aromática pentazol y la molécula radical N•
3. Sin embargo, ninguno de estos complejos se pudo aislar o sintetizar en una escala macroscópica como N
2y azida; No fue hasta 1999 que se ideó una síntesis a gran escala para un tercer alótropo de nitrógeno, el pentazenio ( N+
5) catión . [3] Este mayor interés en los compuestos de polinitrógeno a finales del siglo XX se debió al avance de la química computacional que predijo que este tipo de moléculas podrían usarse como fuentes potenciales de materia de alta densidad de energía (HEDM). [4]
La N+
4El catión se descubrió por primera vez en 1958 tras el análisis de picos de fondo anómalos de peso molecular 56+ y 42+ en los espectros de masas de nitrógeno molecular, que se correspondían con la formación de N+
4y N+
3, respectivamente. [5] Síntesis explícita de N+
4se llevó a cabo por primera vez en 2001 mediante un mecanismo similar de bombardeo electrónico de N
2. [6] La química teórica predijo varios posibles mecanismos de síntesis de N
4incluyendo la reacción de un átomo de N neutro con un N•
3radical, unión de dos N
2moléculas en estado excitado y extrusión a partir de compuestos policíclicos , ninguno de los cuales pudo lograrse experimentalmente. Sin embargo, en 2002 se ideó un método para la síntesis de tetranitrógeno a partir de la desionización de N+
4mediante espectrometría de masas de neutralización-reionización (NRMS). [7] En la síntesis, N+
4(que se formó por primera vez en la cámara de ionización del espectrómetro de masas) sufrió dos eventos de colisión de alta energía. Durante la primera colisión, N+
4contactó con un gas objetivo, CH4, para producir un pequeño porcentaje de N neutro
4moléculas. [7]
- norte+
4+ CH
4→ N
4+ CH+
4
Se utilizó un electrodo deflector para eliminar cualquier N sin reaccionar.+
4iones, así como el gas objetivo , CH
4, y cualquier producto de reacción no intencionado adicional, dejando una corriente de N
4moléculas. Para afirmar la síntesis y aislamiento de N
4, esta corriente luego se sometió a un segundo evento de colisión, en contacto con un segundo gas objetivo, O2, reformando la N+
4catión. [7]
- norte
4+ O
2→ N+
4+ O- 2
La desaparición y reemergencia de este "pico de recuperación" confirma la finalización de ambas reacciones, proporcionando una amplia evidencia de la síntesis de N
4por este método. Debido a que el "tiempo de vuelo" entre las dos reacciones, llevadas a cabo en cámaras separadas del espectrómetro de masas, fue del orden de 1 μs , el N
4molécula tiene una vida útil de al menos este tiempo. [7]
Caracteristicas
Desde su descubrimiento, N
4no ha sido bien estudiado. Es un gas a temperatura ambiente (298 K, 25 ° C, 77 ° F). También tiene una vida útil superior a 1 μs, aunque se prevé que se caracterice como metaestable . [7] Debido a su inestabilidad, la molécula de N 4 se disocia fácilmente en dos moléculas de N 2 más estables . Este proceso es muy exotérmico , liberando alrededor de 800 kJ mol -1 de energía. [7]
La estructura de N+
4ha sido predicho por experimentos teóricos y confirmado por técnicas experimentales que involucran espectrometría de masas de disociación activada por colisión (CADMS). Esta técnica bombardea N+
4-produciendo fragmentos que luego pueden analizarse mediante espectrometría de masas en tándem . Con base en los fragmentos observados, se determinó una estructura que involucraba dos pares de átomos de nitrógeno de triple enlace (dos N2unidades) que están asociadas entre sí con un vínculo más largo y más débil. Se espera que sea una configuración similar para N
4, refutando un modelo tetraédrico (T d ) propuesto en el que todos los átomos de nitrógeno son equivalentes. [ cita requerida ]
Aplicaciones
Se prevé que el tetranitrógeno y otros compuestos de polinitrógeno similares sean buenos candidatos para su uso como materia de alta densidad de energía (HEDM), fuentes de combustible de alta energía con poco peso en comparación con las fuentes de energía tradicionales líquidas y basadas en pilas de combustible . [8] [9] El triple enlace N≡N de N
2es mucho más fuerte ( energía de formación de 229 kcal / mol ) que un doble enlace N = N equivalente y medio (100 kcal / mol, es decir, 150 kcal / mol total) o un equivalente de tres enlaces simples N-N (38,4 kcal / mol, es decir, 115 kcal / mol total). Debido a esto, se espera que las moléculas de polinitrógeno se descompongan fácilmente en N inofensivo.
2gas, en el proceso liberando grandes cantidades de energía química. Esto contrasta con los compuestos que contienen carbono que tienen energías de formación más bajas para un número equivalente de enlaces simples o dobles que para un enlace triple C≡C, lo que permite la formación termodinámicamente favorable de polímeros . [8] Es por esta razón que la única forma alotrópica de nitrógeno que se encuentra en la naturaleza es el nitrógeno molecular ( N
2) y por qué las nuevas estrategias para sintetizar polinitrógenos alótropos de una manera rentable son tan buscadas.
Ver también
- Hexazina (alótropo de nitrógeno con fórmula N 6 )
- Octaazacubane (nitrógeno alótropo con fórmula N 8 )
- Tetrafosforo
- Tetraarsénico (también conocido como "arsénico amarillo")
- Tetraantimonio (también conocido como "antimonio amarillo")
- Tetraoxigeno
Referencias
- ^ Rutherford, Daniel (1772). De aere fixo dicto, aut mephitico [ En el aire se dice que es fijo o mefítico ]. Universidad de Edimburgo: Balfour & Smellie.
- ↑ Curtius, Theodor (1890). "Ueber Stickstoffwasserstoffsäure (Azoimid) N 3 H" [sobre ácido hidrazoico (azoimida) N 3 H]. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (en alemán). 23 (2): 3023-3033. doi : 10.1002 / cber.189002302232 .
- ^ Christe, Karl O .; Wilson, William W .; Sheehy, Jeffrey A .; Boatz, Jerry A. (12 de julio de 1999). " N+ 5: A Novel Homoleptic Polynitrogen Ion as a High Energy Density Material " . Angewandte Chemie International Edition . 38 (13-14): 2004-2009. Doi : 10.1002 / (SICI) 1521-3773 (19990712) 38: 13/14 <2004 :: AID-ANIE2004> 3.0.CO; 2-7 .
- ↑ Glukhovtsev, Mikhail N .; Jiao, Haijun; Schleyer, Paul von Ragué (enero de 1996). "Además de N 2 , ¿cuál es la molécula más estable compuesta sólo por átomos de nitrógeno?". Química inorgánica . 35 (24): 7124–7133. doi : 10.1021 / ic9606237 . PMID 11666896 .
- ↑ Junk, Gregor (1 de junio de 1958). "La presencia de N+
3y N+
4in the Mass Spectra of Molecular Nitrogen ". Revista de la American Chemical Society . 80 (11): 2908-2909. doi : 10.1021 / ja01544a085 . - ^ Tosi, P .; Lu, WY; Bassi, D .; Tarroni, R. (1 de febrero de 2001). "La reacción N+
2+ N
2→ N+
3+ N de térmica a 25 eV ". Journal of Chemical Physics . 114 (5): 2149-2153. Doi : 10.1063 / 1.1336808 . - ^ a b c d e f Cacace, F .; de Petris, G .; Troiani, A. (18 de enero de 2002). "Detección experimental de tetranitrógeno". Ciencia . 295 (5554): 480–481. Código bibliográfico : 2002Sci ... 295..480C . doi : 10.1126 / science.1067681 . PMID 11799238 . S2CID 35745247 .
- ↑ a b Zarko, VE (2010). "Buscando formas de crear materiales energéticos basados en compuestos de polinitrógeno (revisión)". Ondas de combustión, explosión y choque . 46 (22): 121-131. doi : 10.1007 / s10573-010-0020-x . S2CID 95184003 .
- ^ Nguyen, Minh Tho (septiembre de 2003). "Compuestos de polinitrógeno: 1. Estructura y estabilidad de los sistemas N 4 y N 5 ". Revisiones de química de coordinación . 244 (1–2): 93-113. doi : 10.1016 / S0010-8545 (03) 00101-2 .
- Alótropos de nitrógeno
