Отриманий вченими "чорний азот" дозволив вирішити одну із загадок, які переховувалися в періодичній системі

Jun 12 7:00 2020 Друк цієї статті

Незважаючи на його назву, це речовина повністю прозоро, а його структура являє собою умовно "двовимірний лист", на зразок листів всім відомого графену, і так само як графен, "чорний азот" може бути використаний в майбутньому в передовій електроніці та інших пов'язаних з цим областях.

Нагадаємо нашим читачам, що Періодична система хімічних елементів (Таблиця Менделєєва) влаштована у вигляді повторюваних періодів, де в кожну колонку зібрані елементи з подібним будовою та подібними властивостями. Елементи у верхній частині колонок мають меншу кількість протонів і нейтронів в ядрі атома, і, як наслідок, меншу вагу.

Будучи поміщеними під високий тиск, елементи з верхніх частин колонок періодичної системи формують структури, звані аллотропами. І аллотропы елементів з верхньої частини колонок багато в чому схожі з аллотропами елементів, які перебувають на нижчих позиціях. Навколо нас в природі існує безліч відомих нам аллотропов, наприклад, озон - це аллотроп кисню, а графіт і алмаз - це аллотропы вуглецю.

Але, як було прийнято вважати раніше, азот має тільки один аллотроп - диазот (N2, dinitrogen), і не має інших аллотропов, подібно іншим елементам його групи. Цю особливість вчені давно вважали дивиною, і лише нещодавно вченим вдалося отримати раніше невідомий аллотроп азоту, існування якого вказує на те, що азот не є винятком з правил.

"Чорний азот" був отриманий в умовах екстремально високої температури і величезного тиску. Невелика кількість цієї речовини було укладено між площинами алмазних ковадла, де створювалося тиск близько 1,4 мільйони атмосфер, а температура піднімалася до позначки в 4 тисячі градусів Цельсія. В таких умовах з атомів азоту сформувалася структура, яку вченим не доводилося бачити ніколи раніше, але яка, тим не менш, виглядала дуже і дуже знайомою.

Коли вчені "подивилися" на отриманий матеріал за допомогою рентгенівських променів, вони побачили, що з атомів азоту сформувалися прозорі двовимірні шари, атоми в яких упорядковані у зигзагоподібний порядку. Цей матеріал, подібно графену, повинен мати високу електричну та теплову провідність, а його назва, "чорний азот", було дано через багатьох спільних рис з "чорним фосфором", одним з аллотропов фосфору.

"Проведені нами подальші експерименти і обчислення підтвердили зроблене нами відкриття" - пишуть дослідники, - "Це означає, що азот не є якимось винятковим елементом, він повністю відповідає всім "золотим" правилами періодичної системи, як і два найближчих до нього елементи, кисень і вуглець".

На жаль, "чорний азот" є нестабільним утворенням, і він розпадається при зниженні температури і тиску. Все це робить неможливим його практичне застосування. "Тим не менш, така форма азоту залишається дуже цікавою з точки зору матеріалознавства" - пишуть дослідники, - "Це наочна демонстрація того, що висока температура і тиск можуть справити матеріали, про існування яких ми навіть не підозрювали".