在高压化学的奇特世界中合成蕴藏爆炸能量的化合物

氮气是大多数化学爆炸物的核心，从TNT到火药。其原因是，一个氮原子有三个未成对的电子，它们渴望形成化学键，而将两个这样的原子结合在一个N2分子中，其中原子共享三个电子对。这意味着，有大量氮原子参与其他能量不太有利的化学键的化合物，总是处于产生N2气体的爆炸性反应的边缘。

激光加热叠氮化钾样品在50万个大气压（左）和30万个大气压（右）的压力下的显微照片。外面的白色到浅蓝色区域是K1N3。向中间看，在左边的照片中，该材料已经转化为K2N6，而在右边则是一种神秘的、不为人知的化合物，其化学式为K3（N2）4。

在该研究中负责计算工作的Skoltech的Artem R. Oganov教授评论说。"这个想法已经存在了很久，如果以不含N2分子的形式合成，纯氮可能是终极化学爆炸物。而事实上，先前的研究表明，在超过100万个大气压的压力下，氮气确实形成了任何两个相邻原子只共享一个电子对的结构，而不是三个。"

虽然这种奇特的氮气晶体当然可以爆炸，恢复到熟悉的三键氮气，但它们的合成需要的压力对任何实际应用来说都太高了。这吸引了研究人员用其他富含氮气的化合物进行实验，例如今天发表的研究中首次获得的化合物，研究工作由卡内基大学的Alexander F. Goncharov领导。

"我们合成的化合物被称为叠氮化钾，其公式为K2N6。它是一种在45万个大气压下产生的晶体。一旦形成，它可以在大约一半的压力下持续存在，"华盛顿卡内基研究所的工作人员科学家亚历山大-冈察洛夫说，该实验就是在那里进行的。"在该晶体中，氮原子组合成六边形，其中每两个相邻的氮原子之间的键是介于单键和双键之间。我们的化合物的结构由这些六边形组成，与稳定氮'环'的单个钾原子交替出现，这才是真正有趣的部分。"

科学家们承认，这种新材料离实际应用还有差距，因为所需的合成压力仍然太高 - 10万个大气压对于现实世界而言可能会更现实，但显而易见的是它确定了一个正确的研究方向，并提供了令人兴奋的基础化学见解。

奥加诺夫说："这种新的高能量密度材料是高压下奇特化学的另一个例子，"他补充说，他最近发表的研究报告（阅读更多）修改了电负性的基本概念，使其在压力下适用，这是一个有用的框架，使不寻常的富氮材料以及横跨整个元素周期表的其他奇特化合物有意义。