Los científicos han teorizado durante mucho tiempo que la energía almacenada en los enlaces atómicos de nitrógeno podría algún día ser una fuente de energía limpia. Pero convencer a los átomos de nitrógeno para que se unan ha sido una tarea desalentadora. Los investigadores del Instituto de Plasma C&J Nyheim de la Universidad de Drexel finalmente han logradodemostrado que es experimentalmente posible, con cierto estímulo de una chispa de plasma líquido.
Reportado en el Revista de Física D: Física Aplicada , la producción de nitrógeno polimérico puro - polinitrógeno - es posible al eliminar un compuesto llamado azida de sodio con un chorro de plasma en medio de una nube de nitrógeno líquido súper refrigerante. El resultado son seis átomos de nitrógeno unidos entre sí -- un compuesto llamado iónico, o neutro, nitrógeno-seis - que se predice que es un material extremadamente denso en energía.
"El polinitrógeno se está explorando para usarlo como fuente de combustible 'verde', para almacenar energía o como explosivo", dijo Danil Dobrynin, PhD, profesor asociado de investigación en el Instituto Nyheim y autor principal del artículo ". Versionesde ellos han sido sintetizados experimentalmente, aunque nunca de una manera que fuera lo suficientemente estable como para recuperarse a las condiciones ambientales o en forma de nitrógeno puro 6. Nuestro descubrimiento utilizando plasma líquido abre una nueva vía para esta investigación que podría conducir a un polinitrógeno estable."
Los intentos anteriores para generar el polímero energético han utilizado alta presión y alta temperatura para atraer la unión de átomos de nitrógeno. Pero ninguno de esos métodos proporcionó suficiente energía para excitar los iones necesarios, los agentes de unión atómica, para producir una forma estable de nitrógeno-6. Y el nitrógeno polimérico creado en estos experimentos no se pudo mantener a una presión y temperatura cercanas a las condiciones ambientales normales.
Es algo así como tratar de pegar dos objetos pesados pero solo ser lo suficientemente fuerte como para exprimir unas gotas de pegamento de la botella. Para hacer un enlace lo suficientemente fuerte como para sostenerlo, se necesita una fuerza lo suficientemente fuerte como para exprimir muchode pegamento
Esa fuerza, según los investigadores, es una explosión de iones concentrada provista por plasma líquido.
Plasma líquido es el nombre dado a la emisión de una materia densa en iones generada por una chispa eléctrica pulsada descargada en un ambiente líquido, como un rayo en una botella. La tecnología de plasma líquido apenas ha existido durante una década aunqueya es muy prometedor. Fue promovido por investigadores del Instituto Nyheim que han explorado su uso en una variedad de aplicaciones, desde el cuidado de la salud hasta el tratamiento de alimentos.
Debido a que el plasma está encerrado en líquido, es posible presurizar el medio ambiente, así como controlar su temperatura. Este nivel de control es la ventaja clave que los investigadores necesitaban para sintetizar polinitrógeno porque les permitía iniciar y detener con mayor precisiónreacción para preservar el material que produjo. Dobrynin y sus colaboradores informaron por primera vez de su intento exitoso de producir polinitrógeno usando descargas de plasma en nitrógeno líquido en una carta en el Revista de Física D: Física Aplicada durante el verano
En sus hallazgos más recientes, la chispa de plasma envió una lluvia concentrada de iones hacia la azida sódica, que contiene tres moléculas de nitrógeno. La explosión de iones divide las tres moléculas de nitrógeno del sodio y, en el estado excitado,las moléculas de nitrógeno se pueden unir entre sí. No es sorprendente que la reacción produzca una buena cantidad de calor, por lo que ponerle frenos requiere una increíble explosión de frío, la que proporciona el nitrógeno líquido.
"Creemos que este procedimiento fue exitoso en la producción de polinitrógeno puro donde otros se quedaron cortos, debido a la densidad de iones involucrados y la presencia de nitrógeno líquido como agente de enfriamiento para la reacción", dijo Dobrynin. "Otros experimentos introdujeron altas temperaturas yaltas presiones como catalizadores, pero nuestro experimento fue una combinación más precisa de energía, temperatura, electrones e iones ".
Tras la inspección con un espectrómetro Raman, un instrumento que identifica la composición química de un material midiendo su respuesta al estímulo láser, el material tratado con plasma produjo lecturas consistentes con las predichas para polinitrógeno puro.
"Esto es bastante significativo porque hasta ahora los científicos solo han podido sintetizar compuestos polinitrógenos estables en forma de sales, pero nunca en una forma de nitrógeno puro como este en condiciones cercanas al ambiente", dijo Dobrynin.producido es estable a la presión atmosférica en temperaturas de hasta -50 Celsius ".
El plasma, en su entorno original cargado de gas, se ha desarrollado durante décadas como una tecnología de esterilización para agua, alimentos y equipos médicos y también se está explorando para recubrir materiales. Pero esta es la primera vez que se usa plasma líquidopara sintetizar un nuevo material. Por lo tanto, este avance podría ser un punto de inflexión en la investigación de plasma, en el Instituto Nyheim y en todo el campo.
"Este descubrimiento abre una serie de posibilidades emocionantes para producir nitrógeno polimérico como fuente de combustible", dijo Alexander Fridman, PhD, profesor titular de John A. Nyheim en la Facultad de Ingeniería de Drexel y director del Instituto de Plasma C&J Nyheim y coautordel documento: "Este nuevo combustible denso en energía limpia podría permitir una nueva era de automóviles y transporte masivo. Incluso podría ser el avance necesario para permitir la exploración de regiones remotas del espacio".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Drexel . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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