Nitruro di arsenico, il cristallo che non c’era
Un gruppo di ricerca interazionale costituito da ricercatori dell’Istituto di Chimica dei Composti Organometallici del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-ICCOM), dell’European Laboratory for Non-Linear Spectroscopy (LENS) di Sesto Fiorentino, dell’European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) di Grenoble (Francia) e dei Dipartimenti di Chimica delle Università di Firenze e Pavia, è riuscito ad indurre una reazione chimica tra arsenico e azoto molecolare in assenza di solventi o catalizzatori e a sintetizzare per la prima volta un nitruro di arsenico cristallino di formula chimica AsN. Questa reazione, che non avviene in condizioni normali, è stata ottenuta in condizioni di altissima pressione e temperatura (300000 volte la pressione atmosferica e circa 1200 °C), mediante celle ad incudine di diamante in combinazione con tecniche di riscaldamento laser. I risultati sono stati pubblicati recentemente sulla rivista Angew. Chem. Int. Ed.
Il cristallo ottenuto ha caratteristiche simili a quelle di una forma di azoto chiamata cubic-gauche nitrogen (cg-N), che è considerato uno dei materiali a più alta densità di energia, con potenziali applicazioni come esplosivo o propellente sia in ingegneria aerospaziale che nel campo della mobilità sostenibile a basso impatto ambientale.
La struttura del cristallo di nitruro di arsenico (AsN) è stata determinata mediante tecniche di diffrazione di raggi-X (XRD) con sorgente di sincrotrone presso ESRF. I dati acquisiti nel corso degli esperimenti hanno permesso di osservare la persistenza di questo nuovo composto fino a pressioni centomila volte superiori alla pressione atmosferica a temperatura ambiente, suggerendo la possibilità di poter recuperare AsN a pressione ambiente. Le condizioni di sintesi applicate nello studio risultano enormemente più basse delle condizioni estreme di pressione e temperatura richieste per la sintesi di cg-N (più di un milione di volte la pressione atmosferica e ~1700 °C).
Le implicazioni della scoperta del nitruro di arsenico AsN riguardano sia la chimica fondamentale degli elementi del gruppo 15 della Tavola periodica che la sintesi ad alta pressione di materiali avanzati e innovativi come i materiali termoelettrici e quelli a bassissima conduttività termica, aprendo nuove prospettive per lo studio di questi sistemi ad alta pressione. L’articolo pubblicato può essere consultato al link riportato di seguito:
Matteo Ceppatelli, Demetrio Scelta, Manuel Serrano-Ruiz, Kamil Dziubek, Marta Morana, Volodymyr Svitlyk, Gaston Garbarino, Tomasz Poręba, Mohamed Mezouar, Maurizio Peruzzini, Roberto Bini. “Single-Bonded Cubic AsN from High-Pressure and High-Temperature Chemical Reactivity of Arsenic and Nitrogen”. Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202114191. DOI: 10.1002/anie.202114191.