یکی از رازهای جدول تناوبی حل شد
دانشمندان موفق شدند برای نیتروژن که تاکنون تنها یک آلوتروپ داشت، تحت فشار شدید بین دو الماس، یک آلوتروپ جدید بسازند تا یکی دیگر از معماهای جدول تناوبی حل شود.
محققان دانشگاه "بایروت" (Bayreuth) آلمان نوعی نیتروژن ایجاد کرده‌اند که تاکنون هرگز دیده نشده بود. این ماده جدید با نام "نیتروژن سیاه"، بلورین یا کریستالی است و به شکل ورق‌های دو بعدی شکل می‌گیرد و ممکن است روزی برای الکترونیک پیشرفته مفید باشد.
به طرز عجیبی، این ایده که نیتروژن سیاه وجود ندارد، مدت‌ها است که یک راز تلقی می‌شود. جدول تناوبی در دوره‌های تکراری مرتب شده است که در آن، هر ستون از عناصری با خصوصیات مشابه تشکیل شده است. آن‌هایی که در قسمت بالایی قرار دارند، کمترین پروتون و کمترین وزن را دارند و هر چه پایین می‌آییم، عناصر، پروتون و وزن می‌گیرند.
عناصر بالای یک ستون تحت فشار زیاد معمولاً ساختار‌هایی شبیه به عناصر پایینی گروه خود پیدا می‌کنند. این اشکال مختلف به عنوان آلوتروپ‌ها شناخته می‌شوند. به عنوان مثال، ازون یک آلوتروپ اکسیژن است، در حالی که گرافیت و الماس هر دو آلوتروپ‌های کربن هستند.
اما نیتروژن یا ازت فقط یک آلوتروپ به نام "دینیتروژن" دارد و هیچ عنصر سنگین‌تری را در گروه خود ندارد. این موضوع همیشه کمی عجیب به نظر می‌رسید، اما اکنون یک مطالعه جدید یک آلوتروپ که قبلاً ناشناخته بود را پیدا کرده است که نشان می‌دهد نیتروژن همانطور که مدت‌ها است تصور می‌شود، از این قاعده مستثنا نیست.
برای ایجاد این شکل جدید از نیتروژن، محققان نیتروژن را در معرض گرما و فشار شدید قرار دادند. این عنصر بین دو الماس با فشار ۱.۴ میلیون اتمسفر و بیش از ۴۰۰۰ درجه سانتیگراد گرما فشرده شد. نیتروژن در این شرایط سخت، ساختاری به خود گرفت که تاکنون دیده نشده بود، اما هنوز هم به نظر آشنا می‌رسید.
به طرز عجیبی، این ایده که نیتروژن سیاه وجود ندارد، مدت‌ها است که یک راز تلقی می‌شود. جدول تناوبی در دوره‌های تکراری مرتب شده است که در آن، هر ستون از عناصری با خصوصیات مشابه تشکیل شده است. آن‌هایی که در قسمت بالایی قرار دارند، کمترین پروتون و کمترین وزن را دارند و هر چه پایین می‌آییم، عناصر، پروتون و وزن می‌گیرند.
عناصر بالای یک ستون تحت فشار زیاد معمولاً ساختار‌هایی شبیه به عناصر پایینی گروه خود پیدا می‌کنند. این اشکال مختلف به عنوان آلوتروپ‌ها شناخته می‌شوند. به عنوان مثال، ازون یک آلوتروپ اکسیژن است، در حالی که گرافیت و الماس هر دو آلوتروپ‌های کربن هستند.
اما نیتروژن یا ازت فقط یک آلوتروپ به نام "دینیتروژن" دارد و هیچ عنصر سنگین‌تری را در گروه خود ندارد. این موضوع همیشه کمی عجیب به نظر می‌رسید، اما اکنون یک مطالعه جدید یک آلوتروپ که قبلاً ناشناخته بود را پیدا کرده است که نشان می‌دهد نیتروژن همانطور که مدت‌ها است تصور می‌شود، از این قاعده مستثنا نیست.
برای ایجاد این شکل جدید از نیتروژن، محققان نیتروژن را در معرض گرما و فشار شدید قرار دادند. این عنصر بین دو الماس با فشار ۱.۴ میلیون اتمسفر و بیش از ۴۰۰۰ درجه سانتیگراد گرما فشرده شد. نیتروژن در این شرایط سخت، ساختاری به خود گرفت که تاکنون دیده نشده بود، اما هنوز هم به نظر آشنا می‌رسید.
هنگامی که با استفاده از اشعه ایکس از آن عکس‌برداری شد، مشاهده شد که اتم‌های نیتروژن لایه‌های دو بعدی بلوری را تشکیل می‌دهند که به صورت متقاطع در یک الگوی زیگزاگ قرار گرفته‌اند. به نظر می‌رسد این ماده مانند گرافن، رسانایی خوبی داشته باشد که می‌تواند آن را برای دستگاه‌های الکترونیکی آینده کاربردی کند.
محققان به دلیل شباهت این ماده به فسفر سیاه -یک آلوتروپ فسفر- تصمیم گرفته‌اند تا این ماده جدید را "نیتروژن سیاه" بنامند.
"دومینیک لانیل"، محقق اصلی این مطالعه می‌گوید: ما از نتیجه کار خود متعجب و متحیر شدیم، چرا که ناگهان با ساختار مشابهی با فسفر سیاه مواجه شدیم. آزمایش‌ها و محاسبات بعدی نیز این یافته را تأیید کرد. این بدان معنی است که در این مورد شکی نیست که نیتروژن در حقیقت یک عنصر استثنایی نیست و از همان قاعده طلایی جدول تناوبی که کربن و اکسیژن رعایت می‌کنند، پیروی می‌کند.
به همان اندازه که "نیتروژن سیاه" می‌تواند برای صنعت الکترونیک مفید باشد، نباید انتظار داشت که به این زودی‌ها آن را در تلفن‌های هوشمند ببینیم. زیرا تولید آن نه تنها به دلیل شرایط خاص، دشوار است، بلکه این ماده ناپایدار است و با کاهش گرما و فشار به سرعت تجزیه می‌شود.
"لانیل" می‌گوید: به دلیل این عدم ثبات، استفاده از آن در برنامه‌های کاربردی صنعتی در حال حاضر امکان‌پذیر نیست. با این وجود، نیتروژن یک عنصر بسیار جالب در تحقیقات مواد است. مطالعه ما به عنوان مثال نشان می‌دهد که فشار و دمای زیاد می‌توانند ساختار و خصوصیاتی از مواد ایجاد کنند که محققان قبلاً نمی‌دانستند وجود داشته است.
این مطالعه در مجله Physical Review Letters منتشر شده است.
محققان به دلیل شباهت این ماده به فسفر سیاه -یک آلوتروپ فسفر- تصمیم گرفته‌اند تا این ماده جدید را "نیتروژن سیاه" بنامند.
"دومینیک لانیل"، محقق اصلی این مطالعه می‌گوید: ما از نتیجه کار خود متعجب و متحیر شدیم، چرا که ناگهان با ساختار مشابهی با فسفر سیاه مواجه شدیم. آزمایش‌ها و محاسبات بعدی نیز این یافته را تأیید کرد. این بدان معنی است که در این مورد شکی نیست که نیتروژن در حقیقت یک عنصر استثنایی نیست و از همان قاعده طلایی جدول تناوبی که کربن و اکسیژن رعایت می‌کنند، پیروی می‌کند.
به همان اندازه که "نیتروژن سیاه" می‌تواند برای صنعت الکترونیک مفید باشد، نباید انتظار داشت که به این زودی‌ها آن را در تلفن‌های هوشمند ببینیم. زیرا تولید آن نه تنها به دلیل شرایط خاص، دشوار است، بلکه این ماده ناپایدار است و با کاهش گرما و فشار به سرعت تجزیه می‌شود.
"لانیل" می‌گوید: به دلیل این عدم ثبات، استفاده از آن در برنامه‌های کاربردی صنعتی در حال حاضر امکان‌پذیر نیست. با این وجود، نیتروژن یک عنصر بسیار جالب در تحقیقات مواد است. مطالعه ما به عنوان مثال نشان می‌دهد که فشار و دمای زیاد می‌توانند ساختار و خصوصیاتی از مواد ایجاد کنند که محققان قبلاً نمی‌دانستند وجود داشته است.
این مطالعه در مجله Physical Review Letters منتشر شده است.
ارسال نظرات
تازه ها