เฮกซาไนโตรเจน (N6): อัญรูปกลางใหม่ของไนโตรเจน

N₂ เป็นที่ทราบกันเพียงรูปแบบโครงสร้างที่เป็นกลางและเสถียร (allotrope) ของไนโตรเจน การสังเคราะห์ไนโตรเจนที่เป็นกลาง₃ และไม่มีข้อความ₄ มีรายงานก่อนหน้านี้ แต่ไม่สามารถแยกได้เนื่องจากความไม่เสถียรอย่างมาก ปัจจุบันนักวิจัยประสบความสำเร็จในการสังเคราะห์เฮกซาไนโตรเจน (N) ที่อุณหภูมิห้อง₆) ซึ่งเป็นอัญรูปกลางใหม่ของไนโตรเจน ซึ่งพวกเขาสามารถดักจับไว้ในเมทริกซ์อาร์กอนที่อุณหภูมิ 10K การสังเคราะห์ N₆ ได้รับการยืนยันด้วยสเปกโทรสโกปี และพบว่าอัญรูปใหม่มีความเสถียร ปฏิกิริยาการสลายตัวเป็นแบบคายความร้อนและปลดปล่อยพลังงานจำนวนมาก ซึ่งบ่งชี้ว่าสามารถนำไปประยุกต์ใช้เป็นเทคโนโลยีการกักเก็บพลังงานได้ภายใต้ข้อกำหนดอุณหภูมิของไนโตรเจนเหลว อย่างไรก็ตาม การเตรียมอัญรูปใหม่ของไนโตรเจนที่เสถียรและเป็นกลางถือเป็นความก้าวหน้าที่สำคัญในทางเคมี   

อัญรูป (Allotropes) คือรูปแบบโครงสร้างที่แตกต่างกันของธาตุ ซึ่งเกิดจากวิธีการจับยึดอะตอมของธาตุเดียวกันที่แตกต่างกัน อัญรูปเหล่านี้มีคุณสมบัติแตกต่างกันตามโครงสร้าง และเป็นกลางทางประจุ อยู่ในรูปแบบที่ไม่ใช่แรดิคัล ตัวอย่างเช่น เพชร กราไฟต์ และ กราฟีน เป็นอัญรูปของคาร์บอนที่เป็นกลางและเสถียร เช่นเดียวกับ O₂ และ O₃ (โอโซน) อัญรูปของออกซิเจน  

แล้วไนโตรเจนในรูปแบบโครงสร้างที่เป็นกลางและเสถียรล่ะ? ไนโตรเจนแบบเก่าที่ดี₂ เป็นที่ทราบเพียง allotrope เสถียรของไนโตรเจนเท่านั้น allotrope กลางอีกสองแบบคือ N₃ และไม่มีข้อความ₄ มีรายงานก่อนหน้านี้ในปีพ.ศ. 1956 และ พ.ศ. 2002 ตามลำดับ แต่ไม่สามารถแยกออกได้เนื่องจากมีความไม่เสถียรอย่างมาก  

นักเคมีได้สังเคราะห์ C ได้สำเร็จแล้ว_2h-เฮกซาไนโตรเจนแบบสมมาตร (C_2h-N₆) ที่อุณหภูมิห้อง [C_2h ความสมมาตรเป็นรูปแบบสมมาตรทั่วไปที่สังเกตได้ในโลกเคมี AC_2hโมเลกุลสมมาตรมีแกนหมุนสองเท่า (C2) และระนาบกระจกแนวนอน (σh)   

เฮกซาไนโตรเจน (N₆) อัญรูปกลางใหม่ของไนโตรเจนถูกสังเคราะห์ที่อุณหภูมิห้องโดยปฏิกิริยาในสถานะก๊าซของคลอรีน (Cl2) หรือโบรมีน (Br2) กับซิลเวอร์อะไซด์ (AgN3) ภายใต้ความดันที่ลดลง จากนั้นจึงทำการดักจับที่อุณหภูมิต่ำมากในเมทริกซ์อาร์กอนที่อุณหภูมิ 10 เคลวิน นักวิจัยยังสามารถเตรียมเฮกซาไนโตรเจนในรูปบริสุทธิ์เป็นฟิล์มที่อุณหภูมิ 77 เคลวิน (จุดเดือดของไนโตรเจนเหลว) ได้อีกด้วย  

เฮกซาไนโตรเจน (N₆) ที่เตรียมไว้ในห้องปฏิบัติการนั้นได้รับการระบุลักษณะทางสเปกโตรสโคปีและได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีเสถียรภาพ  

เมื่อสลายตัว เฮกซาไนโตรเจน (N₆) แตกออกเป็นสาม N₂ โมเลกุล ปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยาคายความร้อน โดยปลดปล่อยพลังงาน 185.2 กิโลแคลอรีต่อโมล ซึ่งสูงกว่าพลังงานที่ปลดปล่อยจากการสลายตัวของ TNT และ HMX โดยน้ำหนักถึง 2.2 และ 1.9 เท่า เนื่องจากการปลดปล่อยพลังงานจำนวนมากดังกล่าว เฮกซาไนโตรเจน (N)₆) อาจเป็นวัสดุสำหรับกักเก็บพลังงานสะอาดที่มีแนวโน้มดี อย่างไรก็ตาม จะต้องรักษาเฮกซาไนโตรเจนไว้ที่อุณหภูมิไนโตรเจนเหลวต่ำกว่า 77K ซึ่งอาจไม่เหมาะกับเทคโนโลยีการกักเก็บพลังงาน  

โดยไม่คำนึงถึงการประยุกต์ใช้ในอนาคต การเตรียมไนโตรเจนโมเลกุลที่เป็นกลางใหม่ที่อุณหภูมิห้อง ซึ่งสามารถกักไว้ในสภาวะเย็นจัดได้ ถือเป็นความก้าวหน้าที่สำคัญในทางเคมี  

*** 

อ้างอิง:  

1. Qian, W., Mardyukov, A. & Schreiner, PR การเตรียมเฮกซาไนโตรเจนอัลโลโทรปไนโตรเจนที่เป็นกลาง C2ชม.-N6. ธรรมชาติ 642, 356–360 (2025). เผยแพร่: 11 มิถุนายน 2025. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-025-09032-9 

***