Los alótropos moleculares de nitrógeno más allá del N₂ han sido durante mucho tiempo una ambición para la ciencia. Su enorme potencial energético y su descomposición limpia —que solo produce nitrógeno molecular, N₂, un gas inocuo y abundante en la atmósfera— los convierte en candidatos ideales para el almacenamiento de energía limpia. Sin embargo, su extrema inestabilidad ha sido un obstáculo crítico para su síntesis y aislamiento.
Un nuevo estudio marca un hito en la química del nitrógeno al reportar por primera vez la obtención de hexanitrógeno (N₆), una molécula compuesta exclusivamente por seis átomos de nitrógeno. Esta especie se logró preparar a temperatura ambiente mediante una reacción en fase gaseosa entre cloro (Cl₂) o bromo (Br₂) y azida de plata (AgN₃), seguida del atrapamiento de la molécula en matrices de argón a 10 K. Además, se logró aislar una película de N₆ en estado puro a 77 K, temperatura del nitrógeno líquido, lo que demuestra una estabilidad inusitada para un compuesto de estas características.
El descubrimiento representa un avance considerable en la exploración de materiales de alta densidad energética, ya que estos compuestos liberan una gran cantidad de energía al transformarse en N₂. A diferencia del carbono, el nitrógeno en la naturaleza solo existe como moléculas diatómicas de N₂, lo que hace aún más interesante el desafío de construir alótropos neutros de nitrógeno con estructuras más complejas.
La molécula más energética jamás sintetizada
Este compuesto tiene una estabilidad limitada, ya que tiene que almacenarse en nitrógeno líquido o desaparecería en menos de un segundo. Pero la estrategia que permitió al equipo crear hexanitrógeno los lleva a creer que podría ser posible fabricar polímeros de nitrógeno más largos y posiblemente más energéticos. Hay quien dice que este trabajo es digno del premio Nobel.
Hasta ahora, solo se habían identificado dos especies neutras de polinitrógeno: el radical azida (·N₃), detectado en 1956, y el N₄, observado mediante espectrometría de masas en 2002, aunque sin confirmación estructural. A pesar de las numerosas simulaciones teóricas que predicen la existencia de moléculas de nitrógeno de tamaño medio y grande (de N₄ hasta N₁₂), su baja barrera de disociación hacia N₂ y la influencia del tunelamiento cuántico reducen significativamente su vida útil, impidiendo su aislamiento.
El hexanitrógeno presentado en este estudio, también conocido como hexaaza-1,2,4,5-tetraeno o diazida, es una estructura lineal en la que no se distinguen unidades individuales de N₂. Este diseño hace que su disociación hacia N₂ sea menos favorable, con una energía libre de disociación positiva (ΔG ≈ +26.1 kcal/mol) y una barrera energética moderada (ΔG‡ ≈ 14,8 kcal/mol) para su ruptura en tres moléculas de N₂. Estas propiedades lo convierten en una de las opciones más viables para un alótropo de nitrógeno neutro estable.
La caracterización del N₆ se realizó mediante espectroscopía infrarroja y UV-Vis, junto con etiquetado isotópico con ¹⁵N y cálculos ab initio. Los resultados confirman la existencia de una molécula simétrica (C2h), estable bajo condiciones criogénicas. También se sugiere que N₆ puede formar parte de materiales moleculares sólidos con estructuras abiertas, lo que abre la puerta a nuevas investigaciones en el campo del diseño de materiales energéticos sostenibles.
Además de este avance en moléculas neutras, otros logros previos en polinitrógenos incluyen la síntesis de iones homonucleares, como el catión pentanitrógeno ([N₅]⁺) y el anión ciclo-N₅⁻, así como estructuras sólidas como el nitrógeno cúbico tipo diamante y el hexazina cíclica aromática (N₆⁴⁻) en condiciones de alta presión.
Fuente
Qian, W., Mardyukov, A. & Schreiner, P.R. Preparation of a neutral nitrogen allotrope hexanitrogen C2h-N6 . Nature 642, 356–360 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09032-9.
