Arreglos únicos de compuestos de nitrógeno en los nuevos nitruros de itrio YN₆ e Y₂N₁₁ creados en una celda de sello de diamante a una presión de compresión de 100 gigapascales. Crédito:Andrii Aslandukov.
Investigadores de las Universidades de Bayreuth y Linköping han producido dos compuestos sorprendentes de nitrógeno y el itrio, un metal de tierras raras, a muy alta presión. Los nuevos polinitruros contienen estructuras cristalinas de nitrógeno en forma de anillo y espiral que nunca antes se habían observado en experimentos ni se habían predicho en cálculos teóricos. Se parecen a las estructuras generalizadas de los compuestos de carbono. Las síntesis de alta presión descritas en la revista Angewandte Chemie muestran que la diversidad de posibles compuestos de nitrógeno y sus estructuras es mucho mayor de lo que sugeriría el comportamiento de los átomos de nitrógeno en condiciones normales.
El número de compuestos de nitrógeno que se encuentran en la naturaleza es muy pequeño en comparación con la diversidad estructural de los compuestos de carbono. Esto se debe principalmente a que los átomos de nitrógeno forman enlaces triples extremadamente estables a presión ambiental normal. En las últimas dos décadas, sin embargo, se ha hecho evidente que la química del nitrógeno cambia significativamente bajo presiones muy altas. Los equipos de investigación de la Universidad de Bayreuth, dirigidos por la Prof. Dra. Natalia Dubrovinskaia y el Prof. Dr. Leonid Dubrovinsky, han sintetizado nuevos compuestos de nitrógeno (nitruros) que exhiben estructuras inusuales y, en algunos casos, tienen propiedades tecnológicamente muy atractivas, como densidad de energía muy alta o dureza extraordinaria. El estudio ahora publicado se basa en esta investigación.
Los dos nuevos nitruros de itrio, YN₆ e Y₂N₁₁, se crearon en una celda de estampado de diamante calentada con láser. A una presión de compresión de 100 gigapascales ya una temperatura de unos 2.700 grados centígrados, se produjeron reacciones químicas entre los átomos de itrio y nitrógeno, que dieron lugar a los nuevos compuestos. Las estructuras cristalinas de YN₆ e Y₂N₁₁ tienen arreglos únicos de átomos de nitrógeno:
Crucial para la detección de estas estructuras tan inusuales fueron las últimas técnicas de difracción de rayos X monocristal de sincrotrón de alta presión. Entre otras cosas, revelaron que los átomos de nitrógeno en las nuevas estructuras cristalinas están conectados entre sí por enlaces covalentes, mientras que no hay enlaces covalentes entre los átomos de nitrógeno e itrio.
"En química orgánica, los compuestos de carbono en forma de anillo y espiral son de importancia central. Los pocos polinitruros conocidos hasta la fecha en los que los átomos de nitrógeno forman tales estructuras son todos compuestos inorgánicos. Sin embargo, nuestra síntesis a alta presión de Y₂N₁₁ es una prueba más de que el nitrógeno tiene el potencial fundamental para formar tales unidades estructurales", dice Andrii Aslandukov, primer autor de la nueva publicación y Ph.D. estudiante del equipo de investigación del Prof. Dr. Leonid Dubrovinsky en el Geoinstituto de Baviera (BGI) y de la Prof. Dra. Natalia Dubrovinskaia en el Laboratorio de Cristalografía de la Universidad de Bayreuth.
"Junto con nuestros socios en Linköping, continuaremos avanzando en la investigación sobre estos compuestos de nitrógeno en Bayreuth. Es posible que no estemos muy lejos en la investigación de alta presión de la síntesis de polinitruros que exhiben una diversidad estructural inimaginable en la actualidad. Este sería el comienzo de una nueva rama de la química:la química orgánica del nitrógeno a altas presiones", explica el Prof. Dubrovinskaia. Tanta presión como el núcleo de Urano:la primera investigación y estudio de síntesis de materiales en el rango terapascal
