Wybuchowy łańcuch

źródło: flickr; SiamEye (CC BY-NC-ND 2.0) ©2008

Azot, pośród wielu innych niezwykłych cech, charakteryzuje się tym, że w czystej formie, w której istnieje w cząsteczkach dwuatomowych, jest niezwykle stabilny. Wynika to z obecnego pomiędzy dwoma atomami azotu w takiej molekule potrójnego wiązania. Ta trwałość azotu w takiej formie oznacza, że w procesach rozpadu związków zawierających azot tworzenie azotu cząsteczkowego jest termodynamicznie preferowane – a w procesie tym uwalniane są też spore ilości ciepła. Nic dziwnego więc, że tak wiele spośród związków łatwo wybuchowych czy łatwopalnych zawiera azot: nitrogliceryna, nitroceluloza, TNT, proch, azotan (V) amonu (nawóz użyty do produkcji bomby, która obróciła w perzynę budynek FBI w Oklahomie w 1995 roku).

Niezwykle jednak efektywną metodą uzyskania wybuchowych związków byłoby stworzenie substancji, która zawiera wiele pojedynczych wiązań azot-azot. Takie związki mieć będą bowiem najbardziej korzystny bilans energetyczny, gdy szukamu substancji, która wyzwoli jak największe ilości ciepła w procesie rozpadu. Tworzenie związków z długimi łańcuchami azotowymi nie jest jednak proste i metody uzyskiwania ich nie są powszechnie znane, ani stosowane.

Dlatego tak wyjątkowym jest 1,1′-azobis(tetrazol), którego synteza została opisana niedawno w piśmie Inorganic Chemistry przez dwóch badaczy z uniwersytetu w Monachium. Jest to związek zbudowany niemal wyłącznie z azotu i posiadający w swej strukturze długi łańcuch 10 azotów.

ResearchBlogging.orgW procesie syntezy niemieccy badacze wykorzystali reakcję sprzęgania soli diazoniowych. W reakcji tej dochodzi do sprzęgania (czy też po prostu łączenia) soli diazoniowych – związków aromatycznych z grupą N2 – z innymi związkami aromatycznymi. W procesie tym związki ulegają sprzęgnięciu poprzez wiązanie -N=N-. Reakcja ta jest niezwykle ważna przy produkcji różnych barwników (np. czerwieni metylowej) oraz niektórych sulfonamidów

W kontekście tej pracy, co ważniejsze, reakcja sprzęgania diazoniowego wykorzystywana jest też w syntezie azotetrazoli, azotriazoli i furazanów. W sierpniu ubiegłego roku grupa chemików z Pekińskiego Instytutu Technologicznego stosując także tę reakcją wyprodukowała 1,1′-azobis-1,2,3-triazol: związek bardzo zbliżony do tego uzyskanego przez Niemców, jednak zawierający łańcuch jedynie ośmiu azotów.

Co jest jednak bardziej zaskakujące, to to, że chiński związek był bardzo stabilny, zwłaszcza w porównaniu ze związkiem zsyntetyzowanym przez Niemców. Ten ostatni bowiem wybuchał w najmniej oczekiwanych momentach, jeśli tylko badacze nie obchodzili się z nim dość ostrożnie, niszcząc przy okazji różne elementy sprzetu laboratoryjnego. Aby uniknąć zniszczeń, naukowcy dokonywali wszystkich czynności nie mokrym związku, odparowując rozpuszczalnik już po umieszczeniu go w pojemniku, w którym na przykład miał być poddawany dalszej analizie.

Struktura związku uzyskanego przez Niemców na tle poniszczonego przez przypadkowe wybuchy szkła laboratoryjnego/ Za zgodą ACS: Klapoetke and Piercey, Inorg. Chem. 50(7): 2732 ©2011

Jeden z autorów udzielił na temat pracy wywiadu blogowi infiniflux. Na pytanie o najbardziej zwariowaną rzecz, która przytrafiła mu się w trakcie prac nad związkiem, odpowiedział (moje, dość swobodne tłumaczenie):

Pewnego razu tubka ramanowska [probówka, w której umieszcza się związek do analizy spektroskopią ramanowską-RM] była wypełniona suchym związkiem. Gdy odrobina substancji osunęła się po ściance tubki na dno, uderzając o spód uległa eksplozji. Bardziej jednak denerwujące było to, że pozostała część [oczyszczonego] związku, która znajdowała się 80 cm od miejsca wybuchu, musiała zostać uderzona jakimś odłamkiem i także wybuchła. Strasznie mnie to zirytowało; miałem już powoli dość powtarzania wciąż jednej i tej samej rzeczy. Przerzuciłem się więc na operowanie na mokrym związku i takie wypadki przestały się zdarzać.

Innymi słowy: uciekać, jeśli życie miłe. Urzekająca jednak jest odpowiedź na pytanie o to, co spowodowało, że zainteresował się badaniami nad związkami wybuchowymi. Język polski, obawiam się, nie oddaje uroku tej odpowiedzi:

Their inherent awesomeness…

Jak podkreślają jednak autorzy w publikacji, wątpliwe są sukcesy w syntezie związków o jeszcze dłuższych łańcuchach azotowych. Skoro przy przejściu od azotriazolu z 8 azotami do azotetrazolu z 10 azotami, przechodzi się od związku stabilnego do związku, który wybucha niemalże tylko od patrzenia na niego – przy dodaniu kolejnych dwóch atomów azotu możnaby oczekiwać substancji, która wybuchałaby od samego myślenia o niej. Innymi słowy, nawet jeśli istnieją metody pozwalające na syntezę takiego związku, marna szansa, żeby chemik syntetyk przeżył proces oczyszczania produktu (tu już kevlarowe rękawice ochronne mogą nie pomóc, jak w przypadku tetrazolu)…

Klapötke, T., & Piercey, D. (2011). 1,1′-Azobis(tetrazole): A Highly Energetic Nitrogen-Rich Compound with a N10 Chain Inorganic Chemistry, 50 (7), 2732-2734 DOI: 10.1021/ic200071q

Advertisements

10 Comments

    1. Co do związków azotu, mój ulubiony to trójjodek azotu (wiem, teraz to się inaczej nazywa, za moich czasów taka była oficjalna nazwa). Też wybucha od „samego myślenia o nim”, prosty w syntezie, a wybuch wznieca śliczne fioletowe opary (uwolniony w reakcji jod). Nawet raz wyprodukowałom trochę w czasach działalności w szkolnym kółku pirotechnicznym…

      Lubię

  1. Jako czepialska świnia zgłaszam, że żaden proch nie jest związkiem chemicznym.
    Ani czarny proch, ani Poudre B, ani balistyt, ani kordyt (chyba, że ostatnio wymyślono coś nowego?).

    Lubię

    1. Tylko ich mieszaniną. Czepiasz się :P

      A bycie mieszaniną nie zmienia faktu, że najistotniejszym składnikiem prochu czarnego, bo o nim mowa, jest azotan(V) potasu.

      Lubię

  2. Bardzo fajna notka, dzięki. W sumie dzięki takiej ogólnej inherent awesomeness (tutaj zawartej w samym interesującym związku oraz w opowieściach badaczy) pamiętam jeszcze, dlaczego uwielbiam chemię :)

    Lubię

    1. Nie sądzę. Nie znam żadnego związku poza azotem cząsteczkowym, który byłby zbudowany z samego azotu. Nic mi też nie wiadomo na temat istnienia homocyklicznych związków opartych na azocie – czy nawet alifatycznych związków opartych na azocie… Takie hetercykliczne pierścienie, w których większość łańcucha – ale nie całość – stanowi azot, są chyba najbliżej ideału.

      Lubię

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Log Out / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Log Out / Zmień )

Facebook photo

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Log Out / Zmień )

Google+ photo

Komentujesz korzystając z konta Google+. Log Out / Zmień )

Connecting to %s