Долгие годы азот считался «неудачником» в
мире химиков. Элемент никак не хотел на практике проявлять свойств,
предсказанных ему периодическим законом таблицы Менделеева. Ученые почти
смирились с ненавистным словом «исключение», но в результате упорных и
долгих исследований им удалось добиться от азота исполнения
предначертанного ему пути.
Таблица химических
элементов, носящая имя великого русского химика Дмитрия Ивановича
Менделеева, не просто так называется периодической. В ней различные
вещества расположены в порядке возрастания количества протонов в атомных
ядрах. Число протонов равно числу электронов. От расположения
электронов на внешних электронных оболочках зависят химические свойства —
способность атомов одних веществ образовывать связи с атомами других.
Усложнение
электронных оболочек напоминает формирование человеческих навыков.
Сначала ребенок учится двигать ножками, вскоре начинает ползать, затем
ходить и только потом — бегать. Ни один индивид на свете не получил
медаль за марафонскую дистанцию, прежде чем впервые коснулся крохотными
пятками пола. Конфигурация электронов идет от простого к сложному.
Условно, электронная оболочка последующих элементов — это оболочка
предыдущего плюс новый электрон. Вопрос лишь в том — куда он попадет.
Как
человек не может получить бесконечное число навыков за одну жизнь, так и
элементы не могут иметь бесконечное число электронов на одной оболочке.
В следующих «жизнях» или периодах таблицы Менделеева все начинается
сначала: «ползать, ходить, бегать». Элементы с одинаковым расположением
электронов на самых внешних оболочках находятся в гениальной таблице
строго друг под другом. Эти столбцы называются группами, тогда как
строки — периодами. Элементы в группе проявляют похожие химические
свойства. Но в «семье», как говорится, не без азота.
Азот —
самый легкий элемент в своей группе, и он даже под высоким давлением не
формировал вещества, структурно схожие с теми, которые формировали при
экстремальных условиях товарищи по группе: фосфор, мышьяк и сурьма.
Выстраивание атомов элементов одной группы в похожие кристаллические
решетки при повышенном давлении и температуре замечено в соседний
группах, возглавляемых углеродом и кислородом. Азот же до недавнего
времени считался в сообществе химических элементов чем-то вроде паршивой
овцы.
Из «белой вороны» в черную азот «перекрасили»
исследователи из Баварского научно-исследовательского института
экспериментальной геохимии и геофизики (BGI) и лаборатории
кристаллографии в Университете Байройта. С помощью алмазной наковальни
ученые выяснили, каких значений должны достичь температура и давление в
веществе, чтобы атомы азота образовали структуру, характерную для
черного фосфора и встречающуюся также у сурьмы и мышьяка. В этой
многослойной структуре атомы расположены в зигзагообразном порядке.
Свойства подобной структурной модификации элементов группы азота
напоминают свойства графена — перспективного материала для множества
применений в науке и технике.
В работе, опубликованной в 2020
году в Physical Review Letters, исследователи так и назвали наконец-то
обнаруженную в эксперименте структурную модификацию — черный азот. С
точки зрения применений, черный азот намного «чернее» фосфора — то есть
интереснее для ученых. Свойства сжатого азота не одинаковы в различных
геометрических направлениях, а ученые очень любят подобные анизотропные
штучки.
К сожалению, в нормальных условиях черный азот долго не
живет. Для существования ему необходимо давление, почти в 1,5 миллиона
раз выше атмосферного, и температура выше 4000 градусов по Цельсию.
Мощный удар двумя алмазами с противоположных сторон лишь на мгновение
смог утащить азот «на темную сторону». Мига хватило, чтобы оправдать
элемент перед химическим сообществом. Короткая рентгеновская вспышка
просветила сжатый образец, и образование структуры подтвердилось.
Люди
пока не могут выжать из таблицы Менделеева весь потенциал и вынудить
элементы проявлять все предсказанные теоретически свойства. Однако это
не означает, что в таблице куча исключений и парадоксов. По крайней
мере, на один теперь точно меньше.
Материалы публикуемые на "НАШЕЙ ПЛАНЕТЕ" это интернет обзор российских и зарубежных средств массовой информации по теме сайта. Все статьи и видео представлены для ознакомления, анализа и обсуждения.
Мнение администрации сайта и Ваше мнение, может частично или полностью не совпадать с мнениями авторов публикаций. Администрация не несет ответственности за достоверность и содержание материалов,которые добавляются пользователями в ленту новостей.
