Os cientistas há muito teorizam que a energia armazenada nas ligações atômicas do nitrogênio pode um dia ser uma fonte de energia limpa. Mas persuadir os átomos de nitrogênio a se conectar tem sido uma tarefa assustadora. Pesquisadores do C&J Nyheim Plasma Institute da Drexel University finalmente provaram que é experimentalmente possível - com algum incentivo de uma centelha de plasma líquido.

Relatado no Journal of Physics D:Física Aplicada , a produção de nitrogênio polimérico puro - polinitrogênio - é possível por zapping de um composto chamado azida de sódio com um jato de plasma no meio de uma nuvem de super-resfriamento de nitrogênio líquido. O resultado são seis átomos de nitrogênio ligados - um composto chamado iônico, ou neutro, nitrogênio-seis - prevê-se que seja um material extremamente denso em energia.

"O polinitrogênio está sendo explorado para uso como fonte de combustível 'verde', para armazenamento de energia, ou como um explosivo, "disse Danil Dobrynin, Ph.D., um professor associado de pesquisa no Instituto Nyheim e autor principal do artigo. "Versões dele foram sintetizadas experimentalmente, embora nunca de uma forma que fosse estável o suficiente para se recuperar às condições ambientais ou na forma de nitrogênio-seis puro. Nossa descoberta usando plasma líquido abre um novo caminho para esta pesquisa que pode levar a um polinitrogênio estável . "

Tentativas anteriores de gerar o polímero energético usaram alta pressão e alta temperatura para estimular a ligação de átomos de nitrogênio. Mas nenhum desses métodos forneceu energia suficiente para excitar os íons necessários - agentes de ligação atômica - para produzir uma forma estável de nitrogênio-seis. E o nitrogênio polimérico criado nesses experimentos não pode ser mantido a uma pressão e temperatura próximas do normal, condições ambientais.

É algo como tentar colar dois objetos pesados, mas ser forte o suficiente para espremer algumas gotas de cola para fora da garrafa. Para fazer um vínculo forte o suficiente para resistir, é preciso uma força forte o suficiente para espremer muita cola.

Essa força, de acordo com os pesquisadores, é uma explosão iônica concentrada fornecida por plasma líquido.

Plasma líquido é o nome dado à emissão de uma matéria densa de íons gerada por uma centelha elétrica pulsada descarregada em um ambiente líquido - como um relâmpago em uma garrafa. A tecnologia de plasma líquido mal existe há uma década, embora já seja muito promissora. Foi criado por pesquisadores do Instituto Nyheim, que exploraram seu uso em uma variedade de aplicações, dos cuidados de saúde ao tratamento alimentar.

Como o plasma está envolto em líquido, é possível pressurizar o ambiente, bem como controlar sua temperatura. Esse nível de controle é a principal vantagem de que os pesquisadores precisavam para sintetizar o polinitrogênio, pois permitiu que eles iniciassem e parassem com mais precisão a reação para preservar o material por ele produzido. Dobrynin e seus colaboradores relataram pela primeira vez sua tentativa bem-sucedida de produzir polinitrogênio usando descargas de plasma em nitrogênio líquido em uma carta no Journal of Physics D:Física Aplicada durante o verão.

Em suas descobertas mais recentes, a centelha de plasma enviou uma chuva concentrada de íons em direção à azida de sódio - que contém três moléculas de nitrogênio. A explosão de íons separa as três moléculas de nitrogênio do sódio e, no estado animado, as moléculas de nitrogênio podem se ligar umas às outras. Não surpreendentemente, a reação produz uma boa quantidade de calor, então, pisar no freio requer uma incrível rajada de frio - aquela fornecida pelo nitrogênio líquido.

"Acreditamos que este procedimento foi bem-sucedido na produção de polinitrogênio puro onde outros ficaram aquém, por causa da densidade dos íons envolvidos e da presença de nitrogênio líquido como agente de extinção para a reação, "Dobrynin disse." Outros experimentos introduziram altas temperaturas e altas pressões como catalisadores, mas nosso experimento foi uma combinação mais precisa de energia, temperatura, elétrons e íons. "

Após a inspeção com um espectrômetro Raman - um instrumento que identifica a composição química de um material medindo sua resposta ao estímulo do laser - o material tratado com plasma produziu leituras consistentes com aquelas previstas para polinitrogênio puro.

"Isso é bastante significativo porque até agora os cientistas só foram capazes de sintetizar compostos polinitrogênicos estáveis ​​na forma de sais - mas nunca em uma forma de nitrogênio puro como esta em condições quase ambientais, "Dobrynin disse." A substância que produzimos é estável à pressão atmosférica em temperaturas de até cerca de -50 Celsius. "

Plasma, em seu ambiente original carregado de gás, está em desenvolvimento há décadas como uma tecnologia de esterilização de água, alimentos e equipamentos médicos e também está sendo explorado para materiais de revestimento. Mas esta é a primeira vez que o plasma líquido é usado para sintetizar um novo material. Então, este avanço pode vir a ser um ponto de inflexão na pesquisa de plasma, no Instituto Nyheim e em todo o campo.

"Esta descoberta abre uma série de possibilidades interessantes para a produção de nitrogênio polimérico como fonte de combustível, "disse Alexander Fridman, Ph.D., John A. Nyheim é professor titular da Faculdade de Engenharia da Drexel e diretor do C&J Nyheim Plasma Institute e co-autor do artigo. "Esta nova, combustível com alta densidade de energia limpa poderia possibilitar uma nova era de automóveis e transporte de massa. Pode até ser o avanço necessário para permitir a exploração de regiões remotas do espaço. "