Одна з форм твердого азоту виявила надзвичайно складну кристалічну структуру.
З рідким азотом пов'язано безліч ефектних уявлень - в ньому заморожують квіти, його виливають у воду, можна навіть без особливих наслідків опустити в рідкий азот палець. Але всі ці кріошоу - розваги на потіху публіці, справжні ж дослідники ставлять досліди з твердим азотом. Незважаючи на те, що вперше твердий азот був отриманий ще в далекому 1884 році, він досі продовжує залучати пильний науковий інтерес. Чи можна знайти цю не зовсім звичайну форму азоту, десь, крім як в лабораторіях? Так, але для цього доведеться покинути межі нашої планети і відправитися, скажімо, до Плутона. На цій вже колишній планеті існує рівнина Супутника, покрита замерзлим азотом - її можна подивитися на дивовижних фотографіях, зроблених зондом «Нові Горизонти».
Але повернемося до твердого азоту - чим же він так цікавий зараз, якщо його відкрили вже більше століття тому? Справа в тому, що за назвою «твердий азот» ховається безліч структур, які стабільні при різних температурах і різних тисках. Наприклад, якщо стиснути азот під дуже великим тиском, скажімо, в мільйон разів більше атмосферного, то він буде залишатися твердим навіть при високих температурах, аж до 1000 ° C і навіть вище. Створити такі умови в лабораторії можна за допомогою спеціального пристрою - комірки з алмазними ковадлами. Помістивши речовину в таку комірку і створивши там екстремальні умови, можна вивчити її структуру, наприклад за допомогою таких методів, як рентгеноструктурний аналіз.
Для твердого азоту на сьогоднішній день відомо 15 різних форм: частина з них досить добре вивчена, але про деякі досі мало інформації. Одна з таких маловивчених форм твердого азоту носить назву лід-N . Ось саме на ній міжнародна група дослідників і зосередила свою пильну увагу. Для того щоб отримати азот, вони помістили «звичайний» твердий азот в комірку з алмазними ковадлами і створили в ній умови з температурою 477 ° C і 65 ГПа, після чого провели серію експериментів з метою вивчити будову отриманої речовини.
Виявилося, що азот лід-N - має дуже незвичайну структуру: його кристалічний осередок складається з 48 молекул азоту, складним чином орієнтованих один щодо одного. Зазвичай прості речовини на зразок двохатомних молекул легких елементів мають досить просту кристалічну структуру, наприклад, молекули можуть розташовуватися в вершинах куба або паралелепіпеда і їх кількість в перерахунку на комірку не так велика. Навіть для інших відомих форм твердого азоту ця кількість не перевищувала 24 молекули. Тут же майже півсотні молекул!
Це незвичайне відкриття говорить про те, що при екстремальних умовах, стабільними можуть виявитися несподівано складні структури, які практично неможливо передбачити заздалегідь, тим більше без експерименту. Що ж стосується екстремальних тисків, то крім алмазних осередків вони цілком можуть існувати в надрах екзопланет, багатих на азот.
За матеріалами Nature Communications