N2 ist die einzige bekannte neutrale und stabile Strukturform (Allotrop) von Stickstoff. Synthese von neutralem N3 und N4 wurden bereits früher beschrieben, konnten aber aufgrund ihrer extremen Instabilität nicht isoliert werden. Forschern ist es nun gelungen, Hexastickstoff (N6), ein neues neutrales Allotrop von Stickstoff, das sie in Argonmatrizen bei 10 K einfangen konnten. Die Synthese von N6 wurde spektroskopisch bestätigt, und das neue Allotrop erwies sich als stabil. Die Zersetzungsreaktion verlief exotherm unter Freisetzung großer Energiemengen, was auf eine mögliche Anwendung als Energiespeichertechnologie hindeutet, die die Temperaturen von flüssigem Stickstoff erfordert. Ungeachtet dessen stellt die Herstellung eines neuen stabilen, neutralen Stickstoffallotrops einen bedeutenden Fortschritt in der Chemie dar.
Allotrope sind verschiedene Strukturformen eines Elements, die sich aus der unterschiedlichen Bindungsart der Atome desselben Elements ergeben. Sie haben je nach Struktur unterschiedliche Eigenschaften und sind ladungsneutral in nichtradikalischer Form. Beispiele hierfür sind Diamant, Graphit und Graphen sind neutrale, stabile Allotrope von Kohlenstoff. Ebenso O2 und O3 (Ozon) Allotrope des Sauerstoffs.
Wie wäre es mit neutralen, stabilen Strukturformen von Stickstoff? Das gute alte N2 ist das einzige bekannte stabile Allotrop des Stickstoffs. Zwei weitere neutrale Allotrope N3 und N4 wurden bereits 1956 bzw. 2002 gemeldet, konnten aber aufgrund der extremen Instabilität nicht isoliert werden.
Chemiker haben nun erfolgreich C synthetisiert2h-symmetrischer Hexastickstoff (C2h-N6) bei Raumtemperatur. [C2h Symmetrie ist eine häufige Form der Symmetrie, die in der chemischen Welt beobachtet wird. AC2h-symmetrisches Molekül besitzt eine zweizählige Rotationsachse (C2) und eine horizontale Spiegelebene (σh)].
Hexastickstoff (N6), das neue neutrale Allotrop des Stickstoffs, wurde bei Raumtemperatur durch die Gasphasenreaktion von Chlor (Cl2) oder Brom (Br2) mit Silberazid (AgN3) unter reduziertem Druck synthetisiert. Anschließend erfolgte eine kryogene Einlagerung in Argonmatrizen bei 10 Kelvin. Den Forschern gelang es zudem, Hexastickstoff in reiner Form als Film bei 77 Kelvin (dem Siedepunkt von flüssigem Stickstoff) herzustellen.
Hexastickstoff (N6) wurde so im Labor hergestellt und spektroskopisch charakterisiert und seine Stabilität nachgewiesen.
Bei der Zersetzung entsteht Hexastickstoff (N6) zerfällt in drei N2 Moleküle. Die Reaktion ist exotherm und setzt 185.2 kcal pro Mol Energie frei. Das ist 2.2- bzw. 1.9-mal höher als die Energie, die bei der Zersetzung von TNT und HMX freigesetzt wird. Aufgrund der hohen Energiefreisetzung bei der Zersetzung wird Hexanstickstoff (N6) könnte ein vielversprechendes Material zur sauberen Energiespeicherung sein, allerdings müsste Hexastickstoff bei Temperaturen von unter 77 K in flüssigem Stickstoff gehalten werden, was für eine Energiespeichertechnologie nicht gut geeignet sein dürfte.
Ungeachtet etwaiger zukünftiger Anwendungen stellt die Herstellung dieses neuen neutralen molekularen Allotrops von Stickstoff bei Raumtemperatur, das in einer kryogenen Umgebung eingeschlossen werden könnte, eine bedeutende Entwicklung in der Chemie dar.
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Literaturverzeichnis:
- Qian, W., Mardyukov, A. & Schreiner, PR Herstellung eines neutralen Stickstoffallotrops Hexastickstoff C2h-N6 . Natur 642, 356–360 (2025). Veröffentlicht: 11. Juni 2025. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-025-09032-9
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, a new neutral allotrope of nitrogen which they could trap in argon matrices at 10K. The synthesis of N6 was confirmed spectroscopically and the new allotrope was demonstrated to be stable.){kind=link}