Equipo de investigación internacional crea compuestos de nitrógeno previamente desconocidos

Los nitruros no metálicos son compuestos en los que el nitrógeno y los elementos no metálicos están unidos por enlaces covalentes. Debido a sus propiedades tecnológicamente interesantes, se han convertido cada vez más en el foco de la investigación de materiales. En Química: una revista europeaun equipo internacional con investigadores de la Universidad de Bayreuth presenta compuestos de fósforo y nitrógeno previamente desconocidos sintetizados bajo presiones muy altas.

Contienen unidades estructurales cuya existencia no pudo ser probada empíricamente antes. El estudio ejemplifica el gran potencial, aún sin explotar, de la investigación de alta presión para la química del nitrógeno.

Los investigadores lograron sintetizar una modificación previamente desconocida del nitruro de fósforo P₃N₅, el polimorfo δ-P₃N₅, a una presión de 72 gigapascales. A 134 gigapascales, el nitruro de fósforo PN₂ se formó en la celda de yunque de diamante. Ambos compuestos se clasifican como materiales ultraincompresibles con módulos volumétricos superiores a 320 GPa.

Los investigadores descubrieron una razón clave para esta fuerza extrema a través de los cálculos de la teoría funcional de densidad del análisis de difracción de rayos X de sincrotrón: las estructuras cristalinas de δ-P₃N₅ y PN₂ consisten en una densa red de octaedros PN₆ con un átomo de fósforo rodeado por seis átomos de nitrógeno. Hasta ahora, la existencia de estas unidades estructurales solo se había sospechado, pero ahora se han probado empíricamente por primera vez.

El polimorfo δ-P₃N₅ se transformó en otra modificación previamente desconocida de P₃N₅ cuando se redujo la presión de compresión: a siete gigapascales, se formó el polimorfo α′-P₃N₅. Este es un nuevo material sólido que permanece estable en condiciones ambientales normales. La estructura cristalina de este fosforonitruro también es inusual, ya que se compone de tetraedros PN₄: un átomo de fósforo está ubicado en el centro de estas unidades estructurales en forma de pirámide, mientras que las cuatro «esquinas» están ocupadas cada una por un átomo de nitrógeno.

En comparación con el conocido polimorfo α-P₃N₅, que ya se está analizando en la investigación como posible material industrial, α′-P₃N₅ tiene una densidad significativamente mayor. Por lo tanto, es considerablemente más difícil y potencialmente incluso más atractivo en términos de posibles aplicaciones de ingeniería.

«El α′-P₃N₅ formado en la descompresión de δ-P₃N₅ ejemplifica cómo se pueden descubrir compuestos de nitrógeno con propiedades muy interesantes a través de un desvío de síntesis de alta presión. Ahora deberían seguir más investigaciones para explorar las aplicaciones potenciales de este nuevo material. Con nuestra publicación «, queremos alentar más investigaciones a alta presión y alta temperatura sobre nitruros no metálicos, que se han descuidado en gran medida en comparación con los nitruros metálicos. Los nuevos estudios en este apasionante campo pueden ampliar significativamente nuestra comprensión de la química del nitrógeno. También potencialmente contribuir al descubrimiento de materiales reciclables para productos cotidianos», dice la profesora y doctora Natalia Dubrovinskaia, física de cristales de Bayreuth, del Laboratorio de Cristalografía de la Universidad de Bayreuth, quien coordinó la investigación.