“这是一种令人讨厌的化合物,”他说托马斯Klapotke关于叠氮酸这是一种剧毒且极易爆炸的液体,98%是氮。来自德国慕尼黑路德维希-马克西米利安大学的他的团队现在首次利用同步加速器x射线辐射在低温下解决了酸的结构问题。

Hydrazoic acid是一个重大的处理挑战。它是一种挥发性液体,沸点为36°C,具有剧毒和吸湿性。但这被其吸热性质所掩盖。

Kläpotke和他的团队首次记录了HN的单晶x射线结构3.早在2011年,它只提供了有限的信息,所以他们热衷于使用同步辐射获得更高质量的粉末结构。该小组在爆炸性材料方面有丰富的经验,特别是那些氮含量非常高的材料。

现在该团队的同步加速器实验,在汉堡的Desy他详细地揭示了肼是如何从伪四方层中形成的,每层中的分子都由弱氢键连接在一起。它们在范德华力的作用下堆叠在一起。

毫无疑问,准备样本是一项棘手的工作。他说:“我们设计了一个封闭的玻璃系统,由一个连接到x射线毛细管的小玻璃灯泡组成。”我们在玻璃球中加入硬脂酸叠氮化钠,两种安全、无害的固体。然后我们将整个装置抽空,用火焰密封,然后在油浴中加热到大约100°C。硬脂酸熔化后与叠氮化钠反应生成固体硬脂酸钠和HN3.这是不稳定的。

他们使用液氮冷却毛细管,液氮冷凝了灯泡中的肼酸,并在液氮中进行火焰密封。这个过程第一次并没有成功- Kläpotke说,当他们试图封闭毛细血管时,它爆炸了几次。他解释说:“但毛细血管中只有几毫克,如果操作人员戴上防护罩和手套,他们会有点害怕,但不会有危险。”

图中显示了肼酸的合成过程。在左边,有一个在油浴中加热的玻璃小瓶,在左边,一根玻璃管将小瓶连接到装有液氮的杜瓦瓶中薄薄的玻璃毛细管。

来源:©Thomas Klapötke

在右图的液氮冷却毛细管中捕获的肼酸是硬脂酸和叠氮化钠在100℃下反应产生的

然后,薄玻璃毛细管被加热到室温,并被带到400多英里(650公里)以北的Desy同步加速器设施。在那里,它再次缓慢冷却,使肼酸结晶。

Klapötke表示,与他的大多数工作不同,这项研究是纯粹的学术研究。他说:“肼酸是最简单的叠氮化物,氮含量接近98%。”他说,这与我们的主要工作无关,我们的工作是军用炸药。它太敏感了,任何人都无法大规模使用。”

保罗凯利英国拉夫堡大学的教授,在高能无机化学方面有经验,他说对这样的瞬态或不稳定分子的研究可以为成键提供基本的见解。他说:“尽管人们在一个多世纪前就知道了肼酸,而且它只含有四个原子,但我们仍然对它的性质缺乏充分的了解。”“这项研究表明,只要有正确的经验,并给予适当的关注和关注,你就可以运用真正的前沿技术,无论分子可能出现多么危险。”

Klapötke说,这种方法将使其他具有挑战性的材料的晶体得以研究。他们已经开始研究卤素叠氮化物,未来还想研究其他高度爆炸性、易挥发性的叠氮化物。