Pentazenio
ione pentazenio | |
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Nome IUPAC | |
Catione Pentanitrogeno | |
Caratteristiche generali | |
Formula bruta o molecolare | N5⁺ |
Massa molecolare (u) | 70.0335 g/mol |
Numero CAS | [1] |
PubChem | 139031002 |
SMILES | N#[N+][N-][N+]#N |
Indicazioni di sicurezza | |
Simboli di rischio chimico | |
attenzione | |
Il catione pentazenio (anche detto pentanitrogeno) è uno ione polinitrogeno caricato positivamente di formula chimica N+5. L'anione azoturo e il pentazenio, i polimeri del diazoto e l'azoto solido, sono le uniche specie polinitrogene ottenibili in quantità notevoli.
Storia
[modifica | modifica wikitesto]Nel programma di ricerca High Energy Density Matter, promosso dopo il 1986 dalla U.S. Air Force, inizia uno studio sistematico dei composti polinitrogeni nel 1998, quando l'Air Force Research Laboratory a Edwards AFB s'interessa a un combustibile per razzi alternativo a quello basato sul composto Idrazina, fortemente tossico, ottenendo diverse soluzioni. Karl O. Christe, un giovane ricercatore AFRL, propone un composto lineare N+5 con N2F+ e N−3 basato sulla seguente struttura:[2]
- [F−N≡N]+ + HN=N=N → [N≡N−N=N=N]+ + HF
La reazione avviene e il composto N+5AsF−6 viene creato in quantità sufficienti da essere studiato in NMR, IR e spettrosocopia Raman nel 1999.[3] Il sale è fortemente esplosivo, ma quando AsF5 fu sostituito con SbF5, un acido Lewis più forte, fu prodotto il composto N+5SbF−6, resistente agli shock e stabile termicamente fino a 60–70 °C. Questo consente la produzione in grandi quantità, un trattamento semplice, e l'analisi della struttura cristallina ai raggi X.[4]
Preparazione
[modifica | modifica wikitesto]L'unico metodo conosciuto è la reazione di N2F+ e HN3 in soluzione non acquosa di HF a −78 °C cioè:
- cis-N2F2 + SbF5 → [N2F]+[SbF6]−
- [N2F]+[SbF6]− + HN3 → [N5]+[SbF6]− + HF
Chimica
[modifica | modifica wikitesto]N+5 si ossida in acqua, NO, NO2 e Br2, ma non con soluzioni Cl2 o O2; la sua affinità elettronica è 10.44 eV (1018.4 kJ/mol). Per questo motivo N+5 dev'essere trattato e preparato in ambiente secco:
- 4N+5AsF−6 + 2H2O → 4HF + 4AsF5 + 10N2 + O2
- 2N+5SbF−6 + 2Br2 → 2Br+2SbF−6 + 5N2
Essendo il fluoroantimoniato stabile, viene usata come precursore di tutti i sali conosciuti, di solito accompagnati da reazione metatesi in un solvente non acquoso come HF, SO2, CHF3, o acetonitrile CH3CN, dove l'esafluoroantimoniato è insolubile:
- 2N+5SbF−6 + A+B− → N+5B− + ASbF6
I sali più stabili di N+5 si decompongono quando riscaldati a 50–60 °C: N+5SbF−6, N+5SbF−5, e N5B(CF3)4, mentre i sali più instabili ottenuti e studiati, N+5[P(N3)−6] e N+5[B(N3)−4] sono estremamente sensibili alla temperatura e agli shock, esplodendo in soluzione di 0.5 mmol. Un certo numero di sali, come fluoruri, azidi, nitrati, o perclorati, non riescono a formarsi.[2]
Struttura e legame
[modifica | modifica wikitesto]Nella Teoria del legame di valenza il pentazenio viene descritto da sei strutture di risonanza:
- [N≡N+−N−−N+≡N]+ ↔ [N−=N+=N−N+≡N]+ ↔ [N≡N+−N=N+=N−]+ ↔ [N≡N+−N+≡N+−N2−]+ ↔ [N2−−N+≡N+−N+≡N]+ ↔ [N−=N+=N+=N+=N−]+
dove le ultime tre strutture hanno minore peso al contributo della struttura di Lewis perché con stati della carica formale meno favoriti rispetto alle prime tre.[5]
In accordo ai calcoli ab initio e alla struttura sperimentale ai raggi X-ray, il catione è planare, simmetrico, e di forma V approssimativamente, con angoli di legame 111° sull'atomo centrale (angolo N2–N3–N4) e 168° sul secondo e quarto atomo (angoli N1–N2–N3 e N3–N4–N5). La lunghezza di legame per N1–N2 e N4–N5 sono 1.10 Å e quella dei legami N2–N3 e N3–N4 sono 1.30 Å.[4]
Note
[modifica | modifica wikitesto]- ^ Ricerca CAS, su tools.wmflabs.org, Wikimedia Tool Labs.
- ^ a b Karl O. Christe, Recent Advances in the Chemistry of N+5, N−5 and High-Oxygen Compounds, in Propellants, Explosives, Pyrotechnics, vol. 32, n. 3, 14 giugno 2007, pp. 194–204, DOI:10.1002/prep.200700020.
- ^ Karl O. Christe, William W. Wilson, Jeffrey A. Sheehy e Jerry A. Boatz, <2004::AID-ANIE2004>3.0.CO;2-7 N+5: A Novel Homoleptic Polynitrogen Ion as a High Energy Density Material, in Angewandte Chemie International Edition, vol. 38, 13–14, 12 luglio 1999, pp. 2004–2009, DOI:10.1002/(SICI)1521-3773(19990712)38:13/14<2004::AID-ANIE2004>3.0.CO;2-7.
- ^ a b Ashwani Vij, William W. Wilson, Vandana Vij, Fook S. Tham, Jeffrey A. Sheehy e Karl O. Christe, Polynitrogen Chemistry. Synthesis, Characterization, and Crystal Structure of Surprisingly Stable Fluoroantimonate Salts of N+5, in J. Am. Chem. Soc., vol. 123, n. 26, 9 giugno 2001, pp. 6308–6313, DOI:10.1021/ja010141g, PMID 11427055. URL consultato il 18 maggio 2018 (archiviato dall'url originale il 23 settembre 2017).
- ^ Method of drawing the Lewis Structures of N5+, su Chemistry Net Blogspot, Blogger, 31 ottobre 2012. URL consultato l'8 novembre 2016.
Voci correlate
[modifica | modifica wikitesto]Altri progetti
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