В МФТИ рассчитали новую и необычную взрывчатку

Та же серия расчётов показала, как можно создать крайне твёрдый и при этом электропроводный карбид хрома.

Группа учёных во главе с Артёмом Огановым, руководителем Лаборатории компьютерного дизайна материалов МФТИ, с помощью теоретических методов изучили системы гафний-азот и хром-азот и обнаружили необычные с точки зрения современной химии вещества: нитрид гафния с химической формулой HfN10 (и его циркониевый аналог ZrN10) и нитрид хрома CrN4. Их можно получить при относительно небольших давлениях, а благодаря наличию высокоэнергетических групп из атомов азота они являются весьма перспективными типами взрывчатых веществ. Соответствующие статьи вышли в The Journal of Physical Chemistry Letters и в Physical Review B.

В этих работах изучались соединения ряда гафний-азот, хром-азот, хром-углерод и хром-бор. Выяснилось, что азот может полимеризоваться и при гораздо меньших давлениях, чем считалось ранее, если рядом будут присутствовать ионы металлов. Авторы предсказали возможность получения не только нитрида гафния (HfN10) и нитрида циркония ZrN10, но и нитрида хрома (CrN4), а также других новых нитридов гафния, карбидов и боридов хрома.

Самый интригующий из них — нитрид гафния, в котором на 10 атомов азота приходится всего один атом металла, что с химической точки зрения крайне необычно. Атомы гафния в нём находятся между бесконечными цепочками из атомов азота. Такая структура образуется при относительно небольшом давлении примерно в 230 тысяч атмосфер. Хотя и это немало, такие давления вполне достижимы и позволяют получать данное вещество в значимых количествах.

Нитриды гафния и хрома — хорошие кандидаты для идеальной взрывчатки. Остальные предсказанные соединения хрома могут быть крайне полезны там, где нужны твёрдые и электропроводные материалы. Согласно расчётам, предсказанный карбид хрома Cr2C должен быть стабильным уже при обычном атмосферном давлении. Между тем карбиды металлов часто обладают высокой твёрдостью, а в соединении с хромом она должна быть просто исключительной. При этом материал также должен хорошо проводить ток, что важно в целом ряде практических приложений.

Учёные давно пытаются получить полимерный азот. Дело в том, что азот часто используется для создания взрывчатых веществ и, при наличии большого количества его атомов в соединении, при расщеплении должна высвобождаться огромная энергия. Чем больше атомов азота в химическом соединении и чем больше необычных связей у них друг с другом или другими атомами, тем больше энергии будет выделяться при взрыве. Однако чистый полимерный азот очень тяжело получить. Для этого нужно давление свыше миллиона атмосфер, что исключает практическое применение.

Ранее учёные во главе с Артёмом Огановым смогли предсказать, а затем и получить целый ряд крайне необычных соединений, включая даже такое, как первое соединение гелия с натрием. До этого получить устойчивые соединения с гелием химикам не удавалось.