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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 Gil77 KelvinCarbonoDioxígenoNitrógenoJuan CarlosNewtonNatureWei Yu QianC2HN3AGCL2hexanitrógeno (N6)nitrógeno 15Viniciosimetría C2HCCSDTGastón GiribetHéctor Socas
Molécula de Nitrógeno neutra
Ep522: China a la Luna; Hexanitrógeno; Computación Cuántica; Espacios de Klein
4 de septiembre de 20259 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
Héctor Socas y Juan Carlos Gil introducen un nuevo tema relacionado con la composición de la atmósfera terrestre, destacando que está compuesta principalmente de nitrógeno, a diferencia de la creencia común sobre el oxígeno.
Habla: Héctor SocasSignificado #18atmósfera terrestre compuesta de nitrógenopresión parcial 21 gracias al nitrógenoevolución de pulgones con nitrógeno…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…
Juan Carlos Gil explica que las personas están respirando nitrógeno constantemente sin prestarle atención, ya que este gas es muy inerte y su molécula (N2) es extremadamente estable.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #3 · Palabras #13nitrógeno 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 newton…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…
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 #7 · Palabras #6hexacina análogo nitrogenado benzenon6 anillo plano exótica molecularestabilidad baja barrera disociación kj molgastón unicornio química nitrógenonitrógeno diatómico n2 más establealótropos neutros nitrógeno almacenamiento energíaliberación energía descomposición en n2energía de enlace nitrógeno 100 kilojulios mol…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 Tiene una estabilidad muy baja, una barrera de disociación de solo 4 kJ por mol, con lo cual la miras y se te descompone el nitrógeno, así que 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 describe la formación del hexanitrógeno (N6) a partir de residuos de ácido que se enlazan tras una reacción química con cloro molecular.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #6 · Palabras #19síntesis hexanitrógeno con acido de plataacido n3 como superficie sólidaazufre amarillo sustituyendo nitrógenosíntesis hexanitrógeno n6molécula cloro diatómico cl2azufre con átomos de azufreácido plata nitrato n3agformación hexanitrógeno n6reacción química con cloro molecularmolécula exanitrógeno linealángulo nitrógenos tres cuatro…química; se busca la reacción y lo que se hizo fue hacer fluir cloro, cloro molecular. Vaya, me había traído una moleculita y la he dejado cloro molecular, que como sabéis es CL2. Lo hicieron, un segundito, que tengo aquí unos dibujos para guiarme a mí mismo. hicieron fluir cloro molecular sobre una superficie sólida de acida de plata La acida es esto de aquí, aunque he tenido que utilizar átomos de azufre amarillo porque no tenía suficientes de nitrógeno, pero es así, la acida es N3 y la plata es el atomito metálica Entonces un sólido de estos se hace fluir Perdona, pero esto hay que describirlo Juan Carlos nos está aquí enseñando las bolitas con palitos donde tiene hecha una molécula de cloro diatómico y la otra molécula con tres bolitas amarillas que es el azufre y una gris... El nitrógeno, quiero que sea nitrógeno Acida de plata N3AG y a mi derecha el cloro molecular CL2 Bueno, pues lo que ocurre es que cada uno de los dos cloros roba un enlace, roba un electrón a las acidas y se sustituye formando cloruro de plata por una parte Esto de aquí, cloruro de plata, pues cloro y plata es iónico pero ahora lo veis como una sola molécula y entonces los dos restos acidas que quedan colgando, los dos restos N3, se enlazan de esta forma para formar el exanitrógeno. El exanitrógeno, que como veis es una molécula razonablemente lineal, de hecho los restos acidas de los dos extremos son completamente lineales y entre los nitrógenos 3 y 4 pues tiene un ángulo, un ángulo razonablemente acusado. Por cierto, me hizo mucha gracia; la cida de plata es de lo más reactivo y explosivo que se conoce, entonces me hizo mucha gracia porque leí un comentario en Reddit de alguien que decía que se sentía muy contento porque este artículo no tuviese una sección in…
Gastón Giribet explica que para los oyentes es indiferente usar nitrógeno o hidrógeno líquido, pero existe una diferencia significativa entre ambos.
Habla: Gastón GiribetSignificado #17nitrógeno líquido termo caféhidrógeno líquido bajas temperaturasamigos nitrógeno líquidonitrógeno líquido a 4 kelvinenergía de punto cero heliohelio sólido inexistente…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 describe un paso adicional en la investigación del hexanitrógeno (N6), donde se utilizan experimentos isotópicos para confirmar su estructura.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #9experimentos isotópicos estructura n6nitrógeno 15 en el extremo n6isómeros n15 acidas combinadasproporciones bandas compatibles n6n6 molécula razonablemente pequeñamétodo csdt correlaciones electrónicas doblesrecursos computacionales empleados n6cálculos vinicio derroche ordenador…que lo que sea, que ahí, lo que haya, no contiene aloje. Segundo, irradian la muestra con luz un poquito energética, visible con alto componente de violeta, de tal forma que todas estas guarrerías desaparecen porque son fotolábiles, sufren fotolisis, ¿vale? Lo que, bueno, pues es otra pista que acompaña a que estas bandas corresponden a algo que puede ser el N6, es algo nuevo, esto se ve bien en la figura 3 Tercero, siguiente paso, pues se meten con experimentos isotópicos, en vez de partir de una acida normal, parten de una acida con un nitrógeno 15, un isotopo en el extremo, de tal forma que al combinar dos acidas existen tres isómeros Los N15 en ambos extremos, los N15, los dos pegaditos en los nitrógenos 3 y 4 o en un extremo y en el centro y la molécula con N15 en el extremo y en el centro es el doble de probable que las otras dos, simplemente por dos combinaciones y así es, obtienen bandas con unas proporciones 1, 2 y 1, lo que es compatible de nuevo con este N6 Y cuarto, pues se pegan ya a la pasada con cálculos a vinicio, que yo no he visto tanto derroche de tiempo de ordenador ¿vale? El N6 es una molécula razonablemente pequeña, accesible y bueno, pues utilizan un método brutal: el método CCSDT utiliza correlaciones electrónicas completas hasta las dobles excitaciones e incluye las triples. Esto no, me río porque cuando yo estudié la carrera esto ni lo soñábamos, vamos. Incluye las correlaciones triples mediante de forma perturbativa y no solo eso, sino que el conjunto de bases, de funciones base que utilizan, que se llama CCPVTZ es brutal; por ejemplo, describe el nitrógeno con 30, 30 gaussianas, es un numerazo increíble.…
Juan Carlos Gil continúa explicando los métodos utilizados para estudiar el hexanitrógeno (N6), detallando cómo se calcula la distribución de carga entre sus átomos de nitrógeno.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #15 · Palabras #3vinicio confirma simetría c2h n6isómero trans del hexanitrógeno n6orden de enlace sencillo 1 1 nitrógenosorden de enlace dos centrales casi 2orden de enlace intermedio 1 4 nitrógenosdistribución de carga en n6nitrógenos 2 y 5 compensan cargaanálisis topológico densidad electrónicamapa completo densidad electrónicamolécula de hexanitrógeno n6nitrógenos 2 y 3 rompiéndoseorden de enlace entre nitrógenos centralesenlace débil no siempre fácil romper…electrónicos y los perfiles de reacción. Luego utilizan otra forma distinta para optimizar la geometría y el análisis vibracional; no lo voy a describir, es un híbrido de la teoría del funcional de la densidad. El caso es que con toda esta sopa de letras. de métodos a Vinicio confirman perfectamente las frecuencias del espectro, confirman la simetría C2H y confirman que el isómero del que estamos hablando, porque podría haber dos, podría haber cis y trans, ¿de acuerdo? Este y este, bueno, estoy intentando hacerlo con el modelo en YouTube, este con los dos ácidas hacia el mismo lado, os podéis imaginar que se molestan entre ellas, o sea, el más probable era el trans y así resulta ser Una vez que tienes los modelos a vinicio ya le puedes preguntar cualquier cosa, calculan por ejemplo el orden de enlace entre los distintos nitrógenos que resultan ser casi sencillo, 1 ,1 de orden de enlace entre los dos centrales, casi 2 entre los terminales e intermedio 1,4 entre los Centrales también la distribución de carga que resulta tener 0,2 unidades electrónicas positivas aproximadamente en los nitrógenos 2 y 5, que se compensan con los nitrógenos 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 #2 · Palabras #2síntesis 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…