Mistério da química solucionado ao descobrir a estrutura do nitrogênio “negro”

Christian Wißler/University of Bayreuth

Elementos leves da tabela periódica como carbono e oxigênio seguem a regra de ter estrutura similar aos elementos mais pesados da mesma família, quando em alta pressão. Mas, até agora, o hidrogênio tinha um comportamento diferente.

Pesquisadores da Universidade de Bayreuth, na Alemanha, refutaram esse status especial. Eles criaram uma estrutura cristalina a partir do nitrogênio. Em condições normais essa estrutura ocorre no fósforo negro e arsênico. Ela contém duas camadas atômicas bidimensionais, por isso é relevante para a eletrônica de alta tecnologia. A descoberta do “nitrogênio negro” foi publicada na Physical Review Letters.

A tabela periódica é organizada em ordem crescente com base no número de prótons dos elementos. Ela é dividida em 18 colunas, as famílias, compostas por elementos com propriedades semelhantes.

Em experimentos anteriores, em alta pressão o nitrogênio não apresentava estrutura semelhante aos elementos mais pesados do seu grupo, em especial fósforo, arsênico e antimônio em condições normais. Enquanto essas similaridades podiam ser observadas em alta pressão nas famílias vizinhas do carbono e oxigênio.

Nitrogênio não é exceção

Novo método desenvolvido por pesquisadores do Bavarian Research Institute of Experimental Geochemistry & Geophysics e do Laboratory for Crystallography at the University of Bayreuth, permitiu que provassem que o nitrogênio não é exceção. Eles descobriram que em pressão e temperatura muito elevadas os átomos de nitrogênio de uma estrutura cristalina característica do fósforo negro, também ocorre em arsênico e antimônio.

Essa estrutura é composta por duas camadas bidimensionais nas quais os átomos de nitrogênio são ligados em um zigue-zague uniforme. Essas camadas são similares a grafeno em relação a propriedades de condutividade.

As propriedades do fósforo negro são estudadas como potencial material para componentes eletrônicos altamente eficientes. Um nome análogo, nitrogênio negro, foi proposto pelos pesquisadores para o alótropo de nitrogênio descoberto por eles. Ele apresenta propriedades atraentes, do ponto de vista da tecnologia, mais evidentes do que o fósforo negro.

Mas o nitrogênio negro só existe nas condições produzidas em laboratório, em condições normais ele se dissolve imediatamente. Isso não permite aplicações industriais. O nitrogênio negro foi produzido em pressão 1,4 milhões de vezes maior do que a da atmosfera terrestre e em temperatura superior a 4 mil graus Celsius.

Ainda assim, o líder da pesquisa, Dominique Laniel, considera que o estudo mostra a capacidade de produção de estruturas e propriedades de materiais em alta pressão e temperatura que os pesquisadores não sabiam existir até então. Ele considera ainda que o nitrogênio se mantém como um elemento de elevado interesse para a pesquisa de materiais.

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