أشكال النيتروجين المتآصلة

يوجد عنصر النيتروجين بشكل رئيسي على هيئة جزيء ثنائي الذرة (N₂ ₎ ، ولكن توجد أشكال تآصلية أخرى أو تم استكشافها نظريًا. وبالإضافة إلى النيتروجين الجزيئي (N₂ ₎ ، سعى الكيميائيون منذ زمن طويل إلى تصنيع وتثبيت أشكال تآصلية أخرى متعادلة من النيتروجين، والتي عادةً ما تكون أقل استقرارًا بكثير، وغالبًا ما توجد لفترة وجيزة فقط أو في ظل ظروف قاسية. قد يكون لهذه المواد الكيميائية تطبيقات محتملة كمواد ذات كثافة طاقة عالية جدًا، والتي يمكن استخدامها كوقود دافع أو متفجرات قوية. ^{[ 1 ]}

النيتروجين الذري، المعروف أيضًا بالنيتروجين النشط، شديد التفاعل، فهو جزيء ثلاثي الجذور يحتوي على ثلاثة إلكترونات غير مزدوجة. تتفاعل ذرات النيتروجين الحرة بسهولة مع معظم العناصر لتكوين النتريدات، وحتى عند اصطدام ذرتي نيتروجين حرتين لتكوين جزيء N₂ مثار _، فإنهما قد تُطلقان طاقة هائلة عند اصطدامهما بجزيئات مستقرة مثل ثاني أكسيد الكربون والماء ، مما يؤدي إلى انشطار متجانس إلى جذور حرة مثل CO وO أو OH وH. يُحضّر النيتروجين الذري بتمرير تفريغ كهربائي عبر غاز النيتروجين عند ضغط يتراوح بين 0.1 و2  ملم زئبق، مما ينتج عنه نيتروجين ذري مصحوبًا بانبعاث أصفر خوخي يتلاشى ببطء كتوهج لاحق لعدة دقائق حتى بعد انتهاء التفريغ. ^{[ 2 ]}

يوجد النيتروجين العنصري عادةً على شكل جزيء N₂ _، أي ثنائي النيتروجين. هذا الجزيء غاز عديم اللون والرائحة والطعم، وهو غاز غير مغناطيسي في الظروف القياسية: ينصهر عند -210  درجة مئوية ويغلي عند -196  درجة مئوية. ^{[ 2 ]} يكون ثنائي النيتروجين غير نشط كيميائيًا في درجة حرارة الغرفة، ولكنه مع ذلك يتفاعل مع فلز الليثيوم وبعض معقدات الفلزات الانتقالية . ويعود ذلك إلى روابطه، التي تُعد فريدة بين العناصر ثنائية الذرة في الظروف القياسية، إذ تحتوي على رابطة ثلاثية N≡N . تتميز الروابط الثلاثية بأطوال روابط قصيرة (في هذه الحالة، 109.76  بيكومتر) وطاقات تفكك عالية (في هذه الحالة، 945.41  كيلوجول/مول)، وبالتالي فهي قوية جدًا، مما يفسر انخفاض مستوى التفاعل الكيميائي لثنائي النيتروجين. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

عند الضغط الجوي ، يتكثف النيتروجين الجزيئي ( يتحول إلى سائل ) عند 77 كلفن (-195.79 درجة مئوية ) ويتجمد عند 63 كلفن (-210.01 درجة مئوية) ^{[ 4 ]} متخذًا الشكل البلوري بيتا سداسي التراص المتراص . عند درجات حرارة أقل من 35.4 كلفن (-237.6 درجة مئوية)، يتخذ النيتروجين الشكل البلوري المكعب (يُسمى الطور ألفا). ^{[ 5 ]} يُعد النيتروجين السائل ، وهو سائل عديم اللون يشبه الماء في مظهره، لكن كثافته 80.8% من كثافة الماء (كثافة النيتروجين السائل عند نقطة غليانه 0.808 غ/مل)، مادة تبريد شائعة . ^{[ 6 ]} يمتلك النيتروجين الصلب العديد من الأشكال البلورية. ويُشكل غطاءً سطحيًا ديناميكيًا كبيرًا على بلوتو ^{[ 7 ]} والأقمار الخارجية للنظام الشمسي مثل تريتون . ^{[ ٨ ]} حتى في درجات الحرارة المنخفضة للنيتروجين الصلب، يكون النيتروجين متقلبًا إلى حد ما، ويمكن أن يتسامى ليشكل غلافًا جويًا، أو يتكثف عائدًا إلى صقيع نيتروجيني. وهو ضعيف جدًا ويتدفق على شكل أنهار جليدية، وفي تريتون، تنبعث ينابيع غاز النيتروجين من منطقة الغطاء الجليدي القطبي. ^{[ ٩ ]}       

خطي

دوري

متصاوغات ثلاثي النيتروجين

يُعرف ثلاثي النيتروجين (N3 _، جذر الأزيد ) بصيغتين متماثلتين بنيوياً : متصاوغ خطي بروابط مزدوجة وانتقال للشحنة، ومتصاوغ حلقي. كلا الصيغتين غير مستقرتين للغاية، مع أن الصيغة الخطية أكثر استقراراً من الصيغتين الأخريين. ^{[ 10 ]}

يُعرف رباعي النيتروجين (N4 _{) ، ولكنه إما غير مستقر للغاية أو يوجد فقط كوسيط قصير العمر.} ^{[ 11 ]}

على الرغم من عدم رصد هياكل N ₅ المحايدة ، إلا أن كلاً من بنتازينيوم N + 5 وسيكلو – N + 5 بنتازولات معروفان.

سداسي النيتروجين (N6 ₎ ، سلسلة خطية متعادلة من ست ذرات نيتروجين بروابط ثنائية وأحادية متناوبة، وهو مستقر فقط في درجات الحرارة المنخفضة جدًا، ويمثل أول شكل متآصل مستقر للنيتروجين المتعادل بعد ثنائي النيتروجين. ^{[ 12 ] [ 11 ] [ 13 ] [ 14 ]}

لم يتم تصنيع الهيكسازين الحلقي (N6 ₎ ، وهو جزيء حلقي افتراضي مشابه للبنزين، كنوع متعادل، على الرغم من إنتاج متغيرات مشحونة سلبًا في ظل ظروف قاسية؛ ويعزى عدم استقراره إلى تنافر الأزواج الحرة على ذرات النيتروجين.

من بين المراحل المختلفة العديدة للنيتروجين الصلب ، تم اكتشاف شكل جزيئي _{N8 .} ^{[ 15 ]}

يُتوقع أن يكون مركب أوكتازاكوبان (N8 ₎ ، وهو عبارة عن عنقود افتراضي من نوع الكوبان يتكون من ثماني ذرات نيتروجين، عالي الطاقة وله فائدة محتملة كوقود متفجر أو صاروخي، على الرغم من أنه لم يتم تصنيعه حتى الآن. ^{[ 11 ]}

تمت دراسة عدد من المتصاوغات المحتملة لـ N10 _{نظريًا ، إلا أنه لم يتم تخليق أي منها بنجاح حتى عام 2025. البنية الأكثر استقرارًا المتوقعة هي ثنائي} البنتازول . ^{[ 16 ] [ 17 ]} تمت دراسة التريازيدامين، N(N3 ₎ 3 _، نظريًا لأغراض تحليل البنية مقارنةً بنظائر الأمونيا الأخرى التي تحتوي على بدائل نيتروجينية ^{[ 18 ]} وفي سياق كثافة الطاقة للمركبات ذات المحتوى العالي من النيتروجين. ^{[ 19 ]}

تمت دراسة المتصاوغات المحتملة لـ N20 _نظريًا ، إلا أنه لم يتم تخليق أي منها بنجاح حتى الآن. وقد اقتُرح مركب بيرازا دوديكاهيدران عالي التناظر كبنية مستقرة محتملة لـ _N20 ، مع أن الحسابات تشير إلى أنه قد لا يكون الشكل الأكثر استقرارًا، نظرًا لتأثر الأوجه الخماسية المستوية بتفاعلات الحجب . ^{[ 20 ] [ 21 ]}

من بين المراحل المختلفة العديدة للنيتروجين الصلب ، تم الكشف عن العديد من الشبكات ثلاثية الأبعاد والأشكال غير المتبلورة المختلفة. ^{[ 12 ]}

تحت ضغوط عالية للغاية (1.1  مليون ضغط جوي ) ودرجات حرارة مرتفعة (2000 كلفن)، كما هو الحال في خلية سندان الماس ، يتجمع النيتروجين مكونًا بنية بلورية مكعبة غوش ذات روابط أحادية . تشبه هذه البنية بنية الماس ، وكلاهما يتميز بروابط تساهمية قوية للغاية ، مما أكسبه لقب "ماس النيتروجين". ^{[ 22 ]}  

• الوسائط المتعلقة بالمتآصلات النيتروجينية في ويكيميديا ​​كومنز