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Daniel MarínJuan Carlos GilFrancis VillatoroHéctor SocasGastón Giribetmolécula de nitrógeno neutraalótropo inestable de nitrógenoquímica del nitrógeno unicorniogrupo de simetría c2halótropo neutro nitrógeno naturewei yu qian primer autorJuan Carlos Gil100 gigapascales2000 KelvinNatureWei Yu QianC2HC60C70Juan CarlosCarbonoDioxígenoNitrógeno77 KelvinNewtonHéctor SocasGastón Giribet
Alótropo inestable de Nitrógeno
Ep522: China a la Luna; Hexanitrógeno; Computación Cuántica; Espacios de Klein
4 de septiembre de 202510 momentos
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Juan Carlos Gil resume que, a pesar de los esfuerzos continuos, se ha intentado sintetizar una molécula de nitrógeno neutra pero estable, sin éxito.
…Al descomponerse se libera de cianitrógeno y agua porque se tiene que juntar a un oxidante como el tetróxido de dinitrógeno. Es fenomenal en términos ingenieriles, se genera un montón de empuje, pero es brutalmente tóxica la hidracina, así que se están por Todos los medios buscando alternativas. Después de toda esta introducción de las mías, desde hace mucho tiempo se está intentando sintetizar una molécula de nitrógeno, un alótropo, neutra pero sí todos los intentos han fracasado porque son muy inestables, entonces es como de nuevo el unicornio de la química del nitrógeno, pues es poder sintetizar una molécula estable y como podéis imaginar es. en este contexto en el que aparece el artículo del que os quiero hablar, preparación de un alotropo neutro de nitrógeno, dos puntos, hexanitrógeno, C2H-N6 el C2H es el grupo de simetría, lo comento luego, no tiene nada que ver con carbonos ni con hidrógenos, es N6, se ha publicado de forma abierta en Nature, con lo cual está accesible, lo firma como primer autor Wei Yu Qian, que es doctorando en la Universidad de Jessen en Alemania el segundo autor es Arthur Mark Dukov, que entiendo es su director de tesis, y el tercer autor es el Pope Peter Schreiner, que le busco en Google Escolar y tiene 32.500 citas, así que un rato haciendo…
Significado #1 · Palabras #1
Juan Carlos Gil introduce un nuevo tema sobre alótropos, definiéndolos como diferentes formas en que un mismo elemento químico puede presentarse con distinta estructura molecular o cristalina.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #8atmósfera terrestre compuesta de nitrógenopresión parcial 21 gracias al nitrógenoevolución de pulgones con nitrógenoalótropos elemento químico purocarbono diamante estructura tetraédricananotubos carbono formas diversasgrafito hoja de grafeno…placer tenerlo por aquí y damos la bienvenida a Gastón Giribet, que se nos une ahora. ¿Qué tal, Gastón? ¿Cómo estás? Hola amigos, un gusto verlos de nuevo. Gusto es nuestro, Gastón es doctor en Ciencias Físicas, profesor en la Universidad de Nueva York, NYU. y vamos a entrar ahora directamente con un tema, Juan Carlos, que nos proponías de un artículo que acaba de salir, bueno, que salió recientemente en Nature, donde se habla del nitrógeno, que algo tan mundano como el nitrógeno, es lo más que tenemos a nuestro alrededor en la atmósfera, mucha gente piensa que nuestra atmósfera es de oxígeno, nuestra atmósfera es nitrógeno. Los árboles, los árboles también. Sí, pero la atmósfera es que es mayoritariamente nitrógeno, o sea, casi todo lo que hay en la atmósfera, lo que respiramos es casi todo, bueno, mayoritariamente nitrógeno Y hace que la presión parcial sea .21, que es la adecuada, es como han evolucionado nuestros pulgones, si quitas el nitrógeno, pues, en fin, oxígeno puro sería otra cosa Pues sí, hoy toca un poquito de química, quería hablar De, en particular, de alótropos. Alótropos, sí, con tilde. Un halótropo son distintos halótropos son formas distintas en las que puede presentarse un mismo elemento químico puro, que tienen por tanto distinta estructura molecular o cristalina. El campeón de los halótropos, a nadie se le escapa, es el carbono que tiene toda suerte de formas, desde la red tridimensional tetraédrica del diamante hasta los nanotubos de carbono pasando por las hojas planas del grafito, la única hoja del grafeno o... Y hasta hace cosas como la que llevas en la camiseta, que no hemos hablado. Pero aquí tiene muchas más cosas con nitrógenos y oxígenos; esto que os estoy contando es… Bueno, ahora por sacar el tema, que se me olvidó al presentarte hablar de tu camiseta, pero…
Juan Carlos Gil continúa hablando sobre una camiseta con un diseño relacionado con nitrógenos y oxígenos, mencionando la falta de fulerenos en el diseño.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #6camiseta diseño nitrógenos oxígenosfulerenos balones de fútbol c60alótropos carbono moléculaazufre alótropo subcampeón carbonoanillos de azufre entre 5 y 15azufre plástico amorfo gil…tiene muchas más cosas con nitrógenos y oxígenos; esto que os estoy contando es… Bueno, ahora por sacar el tema, que se me olvidó al presentarte hablar de tu camiseta, pero ya de esa camiseta… Le llevo una cafeína asterisco, le faltan algunos en la clima. Ya hemos hablado alguna vez de esa camiseta, de la cafeína. Me lo he puesto a propósito y me faltaban los fulerenos, que si no los habéis visto nunca, miradlos porque son una chulada: que son balones de fútbol, típicamente C60, C70 y hay otros. Todo eso son alótropos del carbono, moléculas solo formadas por carbono; que como digo es el campeón, pero ¿sabéis cuál es? el subcampeón? A ver, una encuesta rápida, ¿qué elemento creéis que tiene, aparte del carbono, más alótropos? Más moléculas con solo ese elemento ¿Puedo decir una burrada capaz? Por supuesto ¿El silicio o no? Silicio solo en los chips y nada más, una forma, no, no es el silicio Pues es el azufre, es poco conocido, pero el azufre, eso al otro poco más habitual es ese 8, un ciclo de 8 átomos, 4 para arriba y 4 para abajo, en forma de corona pero hay otro montón de anillos más o menos estables del azufre con 5, 7, 9, de 9 a 15, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 son estables, 18 y 20 átomos y además hay un azufre plástico amorfo. Otro que me gusta mucho es el fósforo, que presenta una forma blanca, que son tetraedros P4, un montón de tetraedros, y luego hay un fósforo rojo, que son estos tetraedros pero unidos formando una gran cadena y se amorficiza también y hay otro fósforo que se…
Héctor Socas plantea una idea sobre cómo una civilización inteligente podría demostrar que una señal es artificial, sugiriendo el uso de secuencias de azufres permitidos en sus alótropos en lugar de números primos.
Habla: Héctor SocasPalabras #10azufres permitidos en alotropossecuencia de azufres civilización inteligenteseñal artificial alótropos azufre…carbonos están como en el mismo plano y en el fosforeno están como pegando en zigzag. El carbono es capaz de hibridar SP2 con lo cual pone los tres bracitos en el mismo plano y al fósforo le sobra un electrónico. En el caso de los metales, perdona, el azufre. mencionaste diferentes alotropos, o sea moléculas con diferente ¿Número de átomos de azufre solamente? Estaba pensando que podría ser también una de esas secuencias que se usan a veces a la hora de, en ciencia ficción, de pensar en una secuencia que podría enviar una civilización inteligente para demostrar que una señal es artificial, pues en vez de números primos podría ser la secuencia de azufres permitidas en su aló tropo. ¿Cómo me la creería yo si lo mandan en forma de cadenas enlazadas? Los anillitos formando una cadena, que es bastante complicado, aunque ese tipo de cosas se viene haciendo ya en los últimos años. Eso ya sería enviar imágenes o algo así, o olores, sustancias; el olor no deja de ser una molécula que detecta nuestro olfato. Ya…
Juan Carlos Gil explica cómo los metales presentan alótropos como estructuras cristalinas distintas, utilizando el hierro como ejemplo con sus formas alfa, gamma y delta.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #11hierro alfa cúbica centradaaustenita hierro gamma cúbicaformas cristalinas hierro deltaproporción transiciones para fabricación acero…o olores, sustancias; el olor no deja de ser una molécula que detecta nuestro olfato. Ya tiene que venir el alien y ponerte algo ahí, sí, o mandarte a un I3 Atlas, ¿no? Con el mensaje dentro, la posibilidad. Decía que los metales, en el caso de los metales, Que son metales, no tienen moléculas pequeñitas, pues los alotropos son estructuras cristalinas distintas. Por ejemplo, es el mundano hierro, que tiene la cerrita, que es el hierro alfa, cúbica centrada en el cuerpo; la austenita, se le llama hierro gamma, cúbica centrada en las caras. Estos son nombres cristalográficos, y hay una forma delta un poquito menos común, que es también cúbica centrada en el cuerpo, pero es una forma de muy alta temperatura. Y extras 3, que a nosotros nos suena semi -chino, tiene una importancia fundamental la proporción y las transiciones entre ellas para la fabricación del acero y los distintos tipos de aceros. También porque es muy chulo, tiene el estaño normal; se conoce como estaño blanco, es metálico, y hay una forma semimetálica, estaño gris, que se vuelve quebradizo por debajo de 13 grados; de tal forma que si congelas un chisme de estaños, se transforma en…
Juan Carlos Gil explica cómo el nitrógeno diatómico es extremadamente estable y decae a él desde otros alotropos, mencionando su uso en explosivos como la azida de sodio.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #2 · Palabras #3metales nobles estabilidad oxidantesmagnesio sodio condiciones atmosféricasnitrógeno elemento finalnitrógeno atmosférico gas inertemolécula n2 estabilidad extremaenlace triple nitrógeno 945 kj molmolécula nitrógeno n2 estabilidadtriple enlace carbono energía 835dioxígeno energía enlace menos 500momento dipolar molécula nitrógeno ausentenitrógeno diatómico brutalmente estableazida de sodio en airbags cochesácida de sodio compuesto nitrógeno sodioalotropos nitrógeno exóticosanión acida n3- sales establespentafolato anión n5 carga negativasal pentafolio preparada en 1999clínica moderna tiempos de newtonn4 detectado efímera en 2002nitrógeno negro ultra alta presión gigapascalesyunque diamante experimentos 100 gigapascales…aparece de forma nativa en la naturaleza como granos o pepitas y bueno hay otros metales que bastante más raro aparecen como el iridio o el osmio y si la mayor parte de lo que os he dicho nos suenan a metales nobles pues precisamente por eso porque tienen un Potencial de reducción muy alto y, por tanto, pueden ser baja afinidad química son razonablemente estables en las condiciones oxidantes de nuestra naturaleza. Obviamente, nunca vas a encontrar un cacho de magnesio o de sodio por la calle. Eso se lo ha comido la atmósfera. Y he dejado el nitrógeno para el final. Lo decíamos antes, todos estamos en este momento respirando mogollón de nitrógeno y ni nos preocupamos de ello. Según entra, vuelve a salir al ratito. Bueno, un poquito se queda disuelto en la sangre. ¿Por qué? Porque es un gas muy inerte. El dinitrógeno, la molécula N2 es la habitual de la atmósfera, es extraordinariamente estable, tiene un enlace triple con energía de enlace 945 kilojulios por mol, la más alta entre Dos átomos del mismo elemento. El triple enlace del carbono, tal también, pero su energía de enlace es 835, un 12% menos, y el oxígeno, por ejemplo, el dioxígeno, pues la mitad aproximadamente, algo menos de 500. La molécula de nitrógeno no solo es tan estable en su enlace, sino que es muy pequeñita, obviamente simétrica, no hay momento dipolar y tiene todos los electrones desapareados, es diamagnética, lo que hace el bulldozer de las moléculas, es extraordinariamente estable y por eso, eso per se pone muy. Difícil la vida a otros alotropos del nitrógeno. En cuanto tienen la oportunidad de formarse, decaen al nitrógeno diatómico porque es brutalmente estable. ¿Y esto se utiliza en qué? En varios o en muchos explosivos. Por ejemplo, la acida de sodio, luego os digo lo que es la acida, es un compuesto de nitrógeno y sodio se utilizó durante muchos años en los airbags de los coches. Era la sustancia explosiva, muy rápidamente degenera en nitrógeno, por tanto no es tóxico los gases que se generan, pero sí la propia ácida de sodio, con lo cual modernamente se utiliza otras cosas. y por tanto, ¿conocéis algún otro al otro po del nitrógeno? Difícilmente los hay, pero son un poquito exóticos. Decía este de la anión acida N3-, ya hice spoiler antes, pues da lugar a sales estables que puedes tener en un bote en el laboratorio, como la mencionada acida de sodio. El pentafolato es un anión N5 con una carga negativa, es un pentagonito al que le sobra una carga y su primera sal se preparó en 2017, hace nada, no estamos hablando de alquimía, de los tiempos de Newton, todo esto es clínica muy moderna y existe también el N5 positivo, en este caso se llama pentafolio y el agua de la sal se preparó en el año 1999. Bien, pero en cuanto a moléculas neutras, aparte del nitrógeno, Se ha detectado un N4 en 2002 de forma muy, muy efímera; vamos, tan efímera que no tenemos ni idea de qué forma tiene, así que está como candidato no confirmado. Y luego hay otro alótropo, se llama nitrógeno negro, pero es una forma de ultra alta presión con un yunque de diamante de estos que se hacen a veces experimentos a 100 gigapascales y además a 2000 Kelvin; vamos, que no, no nos va a solucionar la vida, no nos vamos a hacer sillas de nitrógeno negro. También tenemos la hexacina, que es un análogo nitrogenado del benzeno, por tanto N6, que sería un anillo plano, que me ha hecho gracia porque en la videoportada que se ha preparado por hoy aparecía aparentemente un N6, o sea que era esta exótica molecular…
Juan Carlos Gil resume que, aparte del nitrógeno diatómico (N2), no existen alótropos neutros estables del nitrógeno en condiciones normales, aunque estos podrían ser candidatos ideales para el almacenamiento de energía.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #3 · Palabras #5nitrógeno diatómico n2 más establealótropos neutros nitrógeno almacenamiento energíaliberación energía descomposición en n2energía de enlace nitrógeno 100 kilojulios mol…no se ha detectado, es el unicornio que diría Gastón quizá de la química del nitrógeno Algunas de las que he dicho están en una línea de tiempos, les falta alguna, yo he metido un poquito más de sal y pimienta, en la figura 1, parte A del artículo que os voy a comentar Resumiendo, aparte del N2 no existen alótropos neutros del nitrógeno estables en condiciones decentes, no a 100 gigapascales sin embargo tendrían, tienen muchísimo interés, daos cuenta de que son candidatos ideales para el almacenamiento de energía y muy limpia porque en caso de liberar esta energía se descompondrían en N2 que es lo más estable y poco contaminante e inocuo que conocemos. es inerte completamente, nosotros nos entran los pulmones y vuelve a salir en las condiciones fisiológicas del cuerpo es inerte, nada que hacer, obviamente si le atacamos con oxidantes muy fuertes como flúor y le calentamos pues genera cositas pero su energía de enlace como decía antes era 100 kilojulios por mol y vencer eso requiere a la masa Decía que otros compuestos, no solo de nitrógeno, pero con muy alto nitrógeno, pues sí se utilizan como vectores energéticos. Como el amoníaco, el NH3, es fácil de manejar, es solamente ligeramente tóxico y es un candidato bueno como portador de hidrógeno…
Juan Carlos Gil resume que, a pesar de los esfuerzos continuos, se ha intentado sintetizar una molécula de nitrógeno neutra pero estable, sin éxito.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #1molécula de nitrógeno neutraalótropo inestable de nitrógenoquímica del nitrógeno unicorniogrupo de simetría c2halótropo neutro nitrógeno naturewei yu qian primer autor…Al descomponerse se libera de cianitrógeno y agua porque se tiene que juntar a un oxidante como el tetróxido de dinitrógeno. Es fenomenal en términos ingenieriles, se genera un montón de empuje, pero es brutalmente tóxica la hidracina, así que se están por Todos los medios buscando alternativas. Después de toda esta introducción de las mías, desde hace mucho tiempo se está intentando sintetizar una molécula de nitrógeno, un alótropo, neutra pero sí todos los intentos han fracasado porque son muy inestables, entonces es como de nuevo el unicornio de la química del nitrógeno, pues es poder sintetizar una molécula estable y como podéis imaginar es. en este contexto en el que aparece el artículo del que os quiero hablar, preparación de un alotropo neutro de nitrógeno, dos puntos, hexanitrógeno, C2H-N6 el C2H es el grupo de simetría, lo comento luego, no tiene nada que ver con carbonos ni con hidrógenos, es N6, se ha publicado de forma abierta en Nature, con lo cual está accesible, lo firma como primer autor Wei Yu Qian, que es doctorando en la Universidad de Jessen en Alemania el segundo autor es Arthur Mark Dukov, que entiendo es su director de tesis, y el tercer autor es el Pope Peter Schreiner, que le busco en Google Escolar y tiene 32.500 citas, así que un rato haciendo…
Juan Carlos Gil y Gastón Giribet discuten las diferencias en temperaturas entre nitrógeno líquido y helio sólido, mencionando la energía de punto cero del helio.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #15síntesis n6 a 77 kelvinpelícula pura sobre criostatonitrógeno líquido como refrigerantenitrógeno líquido termo caféhidrógeno líquido bajas temperaturasamigos nitrógeno líquidonitrógeno líquido a 4 kelvinenergía de punto cero heliohelio sólido inexistente…la cafeína de la camiseta. Mira qué cosa, no había hecho la relación. Bueno, además de con este arrastre tan simpático con Argon, cuando vieron que la cosa funcionaba, eso lo comento nuevo, probaron una estrategia distinta e hicieron depositar los productos. De la reacción directamente sobre una ventana del criostato que están utilizando a 77 Kelvin, que ya es una, bueno, temperatura decente; es la temperatura del nitrógeno líquido. No necesitas ultracongelación, con nitrógeno líquido te vale, y formaron una película pura, sin matriz de argón ni leches, directamente sobre el criostato, de lo que luego demostrarán que también era N6. Perdón, te puedo hacer una nota al pie, porque quizá A los oyentes les da lo mismo; para ellos el hidrógeno líquido o el nitrógeno líquido, pero sepan que hay una gran diferencia. Por eso, cuando decimos nitrógeno líquido, estamos hablando: es algo muy frío, pero algo que uno va y se lleva un termo de café lleno de eso. Te lo venden. Si tiene un amigo, no, incluso si tiene un amigo acá en bajas temperaturas, voy y le pido un poco de nitrógeno líquido. En cambio, hidrógeno líquido. Es otra escala, ¿no? Digo esto porque para nosotros el nitrógeno líquido nos parece, ah, eso es como... No recuerdo, pero que es 4 Kelvin de ese orden, ¿no? El hidrógeno líquido y casi, casi no es, de hecho el helio sólido, pues no existe. Claro, hidrógeno hablaba del helio, la energía de punto cero del helio es suficiente como para impedir que se forme el sólido. Claro, por eso decíamos esto de que nitrógeno, digo, porque dicho así suena, pero es algo cualunque Bueno, pues se nos han formado cositas ahí en la matriz de Argon y en la película ¿Cómo las caracterizamos? Pues fundamentalmente mediante espectroscopía…
Juan Carlos Gil explica cómo el punto más probable donde se rompe la molécula de hexanitrógeno (N6) no corresponde al orden de enlace más bajo, sino entre los nitrógenos 2 y 3, y 4 y 5.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #8molécula de hexanitrógeno n6nitrógenos 2 y 3 rompiéndoseorden de enlace entre nitrógenos centralesenlace débil no siempre fácil romper…4 y 3. Y los dos nitrógenos centrales son neutros. Y quinta técnica que usan: análisis topológico de la densidad electrónica. Calculan el mapa completo de densidad electrónica y obtienen que el talón de Aquiles, si queréis, de esta molécula, que es el Punto más probable donde se rompa es entre los nitrógenos 2 y 3 y 4 y 5, que curiosamente no corresponden al orden de enlace más bajo que estaba entre los nitrógenos centrales. Bueno, es complicado de explicar, pero que quede la idea de que en química un enlace débil no significa siempre fácil de romper. Alrededor de un enlace hay otros átomos, otras moléculas y nubes de electrones, ¿vale? Y existen rutas químicas que son inaccesibles y resulta que en este caso es más fácil romper los nitrógenos que tienen un orden de enlace un poquito superior. Calcula, de estas técnicas teóricas, no medidas, de estas técnicas teóricas calculan las vidas medias y resulta que a temperatura ambiente estiman que este N6 es estable durante 35, casi 36 milisegundos que por lo menos es compatible con el hecho de que la…
Juan Carlos Gil resume las conclusiones principales de un artículo científico sobre la síntesis y caracterización experimental de moléculas de nitrógeno más allá del N2, destacando su estabilidad inesperada.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #11 · Palabras #7síntesis caracterización n6molécula nitrógeno más allá n2estabilidad inesperada molécula n6polinitrógenos neutros desafían estabilidadquímica en fase gaseosa nitrógenoatrapamiento criogénico materiales energéticoscaracterización espectroscópica cálculos cuánticosnitrógeno liberando energía sin residuos…en la enseñanza. Estamos testeando el algoritmo de YouTube. El olfato químico de este señor sugiere que podría existir el N10 y por lo visto se lo han tomado en serio y están intentando sintetizarlo. Bueno, voy concluyendo porque es importante yo creo lo. ¿Qué cuenta este artículo? Primero, porque logra la síntesis y caracterización experimental de un al otro pó molecular neutro del nitrógeno, más allá del manido N2, que ha sido una aspiración teórica desde hace muchísimos años. Además, esta molécula tiene una estabilidad inesperada, lo que decíamos: 77 Kelvin podría almacenarse durante muchísimos años, lo cual es sorprendente y, desde luego, desafía la idea tradicional de que los polinitrógenos neutros deberían ser intrínsecamente inestables y explosivos. Luego, el trabajo es una delicia, es un Ejemplo brillante de depuración experimental, combina química eso en fase gaseosa, la técnica del atrapamiento criogénico y una caracterización espectroscópica brutal junto a un todo respaldado por unos cálculos cuánticos de muy alto nivel. Esto abre la puerta a una nueva clase que no existe de materiales energéticos extremos solamente utilizando nitrógeno; que, como os decía, podrían liberar mogollón de energía y además descomponerse sin residuos tóxicos solamente nitrógeno. ¿Os imagináis una fábrica de esto? Este montaje experimental de hexanitrógeno en la superficie de la luna, como que se ha gustado ese estado, Daniel, y una especie de estación de servicio de hexanitrógeno en órbita y una fila de naves esperando para repostar este combustible eficazísimo que…