к.ф.-м.н.
МИФИ
СНС
Отдел кинетики и катализа Института химической физики АН СССР, Москва
УДК 678.746.5
1. Введение
Поиски стабильного полимерного твердого азота привлекают в настоящее время большое внимание в связи с его потенциальным применением в качестве материала с высокой плотностью энергии[1-3]. В данные статье описан эксперимент по получению полимерного азота при низких давлениях (40 торр) из тетрафторгидразина при длительном воздействии сфокусированного излучения CO2 лазера. Ранее [4] автор изучал воздействие лазерного излучения на скорости химических реакций, например О + О3 = 2О2. Одновременно Ораевским с сотрудниками [5] были получены результаты по воздействию в течение нескольких секунд сфокусированного лазерного излучения на N2F4, в которых не было замечено никаких химических изменений в исходным реагенте. В данной статье приведено описание попытки получения полимера азота в похожих на [5] условиях на установке подобной [4].
2. Описание эксперимента
Опыты проводились на установке, схема которой показана на рис 1.
Рис 1. Схема эксперимента
Луч лазерного излучения диаметром 8-9 мм был сфокусирован в центр кюветы диаметром 20мм и длиной 10см с помощью линзы из NaCl с фокусным расстоянием 5см. Интенсивность излучения после прохождения луча лазера через кювету с газом измерялась пьезоэлектрическим датчиком. Датчик представлял собой пьезоэлемент, закопченый на газовой горелке, диаметром 40 мм. Лазерный лучь модулировался механическим прерывателем (вращающийся диск с отверстиями) с частотой около 1000 Гц. Относительный сигнал с пьезоэлемента регистировался на осцилографе. Тетрафторгидразин (N2F4), состава подобного примененному в работах [5], был напущен в кювету до давления порядка 40 тор, что вызывало поглощение излучения порядка 70%. Столь небольшое поглощение объясняется насыщением колебательных переходов связи N-F [6]. Газ в кювете подвергался облучению излучением CO2 лазера в течение нескольких минут. При этом наблюдалось нагревании кюветы до температуры 50-70 градусов по Цельсию. После экспозиции порядка 10-15 минут. поглощение излучения внезапно в течение 4-5 секунд упало до 0% как и давление газа в кювете (рис 2).
Рис 2. Величина пропускания (поглощения) газа в кювете
При этом на стенках кюветы осел белый твердый порошок. Опыт проводился один единственный раз в мае 1980 года, после чего установка была разобрана в связи с изменением тематики лаборатории и перехода автора на другую работу.
3. Обсуждение результатов
Судя по кинетике превращения N2F4 в реакционной кювете в первые 10-15 минут происходило накопление некого активного агента или параметра. Это привело систему к неустойчивому состоянию, в результате которого все вещество было превращено в активной зоне в немолекулярное состояние. Под активной зоной мы подразумеваем зону, где сфокусирован луч лазера, с повышенной температурой и значительным содержанием радикалов NF2. Значение сечения поглощения радикала NF2 на частоте излучения лазера близко к таковому для N2F4.
Поскольку остаточное давление газа в кювете стало незначительным можно сделать вывод, что весь фтор вошел в состав полученного полимера. Это значит, что на каждый атом азота приходится по два атома фтора. Такой полимер может быть или линейным (Рис 3) с валентностью азота 4-5, или гексагональным, плоскостным с валентностью азота 5 [см. 7, 8]. Просчитано образование ряда линейных и циклических макромолекул тетрафторгидразина в молекулярной механике, соответственно до 12 и 6 составляющих молекул. С геометрией и энергетикой все довольно правдоподобно.[9]
Рис 3. Возможный результат воздействия лазерного излучения на N2F4
4. Заключение
Полученное высокомолекулярное соединение азота может быть интересно для мировой научной общественности как образец, легко доступный для синтеза в не экстремальных условиях. Кроме того, оно может являться образцом соединения с участием пятивалентного азота. Такой опыт, на мой взгляд, должен быть повторен, в виду интересных и неожиданных свойств полученного продукта реакции.
Рецензии:
28.08.2021, 16:47 Ашрапов Улугбек Товфикович
Рецензия: Работа представленная автором написана на актуальную тему.Применение тетрафторгидразина позволяет получить большой удельный импульс ракеты и резко повысить её дальность полета и скорость (https://chemicalportal.ru/compounds/tetraftorgidrazin/), т.к. важнейшим свойством тетрафторгидразина является его высокая плотность и охлаждающая способность при работе ракетного двигателя. Синтетические высокомолекулярные соединения получают в основном путём реакций полимеризации и поликонденсации (https://bigenc.ru/chemistry/text/2337251), а к какому типу относится предложенная автором реакция? Прошу подробнее разъяснить методику эксперимента описанный автором согласно предложения "Интенсивность излучения после прохождения луча лазера через кювету с газом измерялась пьезоэлектрическим датчиком".
2.09.2021, 14:36 Ашрапов Улугбек Товфикович Отзыв: Предлагаю продолжить оригинальный эксперимент и статью рекомендую к публикации. |