Periyodik tablonun daha hafif elementlerini yüksek basınç altına almak söz konusu olduğunda, garip olan azot gibi görünüyor. Oksijen, bor ve karbonun tümü belirli bir düzene göre yapıyı değiştirirken, nitrojen değişmez, bilim adamlarının çözmek için uğraştığı bariz bir anomali.
Yeni bir bulgu, nitrojenin o kadar da tuhaf olmayabileceğini ortaya koyuyor - sadece doğru aşırı basınç koşullarına ihtiyaç duyuyor ve sonra diğerleri gibi davranarak sıraya giriyor.
Periyodik tabloAileler olarak da bilinen 18 numaralı sütun boyunca soldan sağa doğru her elementin atom çekirdeğindeki proton sayısına göre artan düzende düzenlenmiştir. Bu aileler rastgele değildir - benzer özelliklere sahip, aralıklarla yinelenen öğelerden oluşurlar.
Böyle bir aile sütununun tepesindeki elementler en düşük proton sayısına ve en düşük kütleye sahiptir. Ve işte burada ilginçleşiyor.
Bazı ailelerde, üst elemanın alternatif fiziksel formları - allotropları - basınç altında oluşturulduğunda, grubun alt kısmındaki daha ağır elementlere benzer yapısal özellikler gösterirler, ancak normal koşullar altında aşırı basınca gerek yoktur.
Allotroplar büyüleyicidir; aynı durumda var olabilen farklı element biçimleridir. Örneğin, grafit, grafen ve elmas, tümü katı halde bulunan karbonun allotroplarıdır. dioksijen ve ozon oksijenin allotroplarıdır - hepsi gaz halindedir. Bor'un da birkaç allotropu vardır.
Araştırmacılara göre, yukarıda bahsedilen allotropların tümü aile düzenini güzel bir şekilde takip ediyor.
Sonra nitrojen var. Ailesi azot, fosfor, arsenik, antimon, bizmut ve moskova içerir. Önceki yüksek basınç deneylerinde nitrojen, bu elementlerin hiçbirine benzer bir yapı sergilemedi.
Ama belki onları bulamadık? Almanya'daki Bayreuth Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, yüksek basınç altında nitrojeni ölçmek için yeni bir yöntem geliştirdiler.
İlk olarak, bir elmas örs içindeki nitrojen gazını, deniz seviyesindeki atmosferik basıncın yaklaşık 1,4 milyon katına kadar sıkıştırırken, bir lazer kullanarak onu yaklaşık 3,726 santigrat derece (6,740 derece Fahrenhayt) sıcaklığa kadar ısıttılar. Bu işlem aşamalar halinde gerçekleştirilmiştir.
Ardından, materyali nerede olduğunu incelemek ve tanımlamak için synchrotron tek kristalli X-ışını kırınımı - bir parçacık hızlandırıcıdan ateşlenen X ışınları - kullandılar ve bu tanımlamayı doğrulamak için tamamlayıcı Raman spektroskopi ölçümleri ve yoğunluk fonksiyonel teori hesaplamaları yaptılar.
Sıkıştırılmış ve ısıtılmış nitrojenin kristal yapısı yeni bir şeydi - ama aynı zamanda tanıdıktı. Araştırmacıların bulduğu materyal, yapısal olarak nitrojen ailesi elementlerine değil, nitrojen ailesi allotroplarına benziyordu. Özellikle, siyah fosfor adı verilen bir fosfor allotropu, aynı zamanda siyah arsenik ve siyah antimon olarak adlandırılan arsenik ve antimon allotropları.
'Bir anda bize siyah fosforun yapı özelliğini sağlayan ölçüm verileri bizi şaşırttı ve meraklandırdı,' dedi fizikçi ve kimyager Dominique Laniel Bayreuth Üniversitesi'nden.
Daha sonraki deneyler ve hesaplamalar o zamandan beri bu bulguyu doğruladı. Bu, hiç şüphe olmadığı anlamına gelir: nitrojen, aslında, istisnai bir element değildir, ancak karbon ve oksijenin yaptığı gibi, periyodik tablonun aynı altın kuralını takip eder.'
Araştırmacılar bu nedenle 'siyah nitrojen' adını önerdiler ve bazı ilginç potansiyel uygulamalara sahip olduğuna inanıyorlar. Çapraz bağlı bir zikzak deseninde düzenlenmiş atomlarla iki boyutlu katmanlardan oluşur.
Grafen gibi, siyah nitrojen de oldukça iletken görünüyor - bu da yarı iletkenler, transistörler ve diğer yüksek teknoloji uygulamaları için yararlı olabileceği anlamına geliyor.
Ancak şu anda çok istikrarsız. Sadece bu yüksek basınç, yüksek ısı koşullarında var olabilir. Bu etkiler gevşediği anda siyah nitrojen çözülür.
'Bu istikrarsızlık nedeniyle endüstriyel uygulamalar şu anda mümkün değil' dedi Laniel .
'Yine de, nitrojen malzeme araştırmalarında oldukça ilginç bir unsur olmaya devam ediyor. Çalışmamız, yüksek basınçların ve sıcaklıkların, araştırmacıların daha önce varlığından haberdar olmadığı malzeme yapıları ve özellikleri üretebileceğini örnek olarak gösteriyor.'
Araştırma yayınlandı Fiziksel İnceleme Mektupları .