Cnr-Iccom di Sesto, sintetizzato il primo nitruro cristallino di antimonio

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Eccezionale scoperta per il Cnr-Iccom di Sesto Fiorentino. Un gruppo di ricerca internazionale coordinato dall’Istituto di chimica dei composti organo-metallici del Consiglio nazionale delle ricerche di Sesto e dal Laboratorio Europeo di Spettroscopie Non-Lineari, è riuscito a sintetizzare per la prima volta un composto la cui esistenza è stata a lungo ipotizzata, ma mai sperimentalmente osservata: il nitruro cristallino di antimonio con formula chimica Sb3N5.

Oltre ad avere rilevanza da un punto di vista chimico fondamentale, la scoperta apre nuove prospettive per la sintesi ad alta pressione di un’intera classe di materiali innovativi di interesse energetico e tecnologico. Il nuovo composto è stato scoperto attivando una reazione chimica diretta tra antimonio e azoto in condizioni di alta pressione e alta temperatura.

“I nitruri cristallini binari - spiega Matteo Ceppatelli (Cnr-Iccom e LENS), tra gli autori dello studio - sono strutture composte da due elementi, uno dei quali è l’azoto. Sebbene siano noti da tempo nitruri cristallini di molti elementi della tavola periodica, quelli del gruppo 15 - fosforo, arsenico, antimonio e bismuto - rappresentano una classe di composti 'sfuggenti': ad eccezione di alcune forme di nitruro di fosforo, la loro mancata osservazione è rimasta a lungo una questione aperta in chimica inorganica". 

Negli ultimi anni, sfruttando l’effetto combinato di pressione e temperatura è stato possibile sintetizzare e caratterizzare i primi nitruri cristallini di fosforo, arsenico e bismuto, ottenuti per reazione chimica diretta degli elementi. In questo scenario, l’esistenza di un nitruro cristallino di antimonio, il quarto elemento del gruppo 15, sebbene a lungo cercata, non era mai stata fino ad ora riportata in modo conclusivo e convincente.

Utilizzando celle ad incudine di diamante per generare condizioni di alta pressione - pari a circa 320.000 volte la pressione atmosferica - e radiazione laser nell’infrarosso per riscaldare il campione fino all’elevata temperatura necessaria, il gruppo di ricerca è riuscito ad attivare una reazione chimica diretta tra antimonio elementare e azoto molecolare che ha permesso di sintetizzare per la prima volta un nitruro cristallino di antimonio (Sb3N5), la cui struttura è stata determinata mediante diffrazione di raggi X da singolo cristallo al sincrotrone di ESRF a Grenoble, dove è possibile eseguire questo tipo di misure in condizioni estreme di pressione.

"Questo studio - conclude il ricercatore - rappresenta una pietra miliare per quanto riguarda la chimica di azoto e antimonio, fornendo nuove informazioni di carattere chimico fondamentale sul comportamento dei nitruri cristallini degli elementi del gruppo 15. Inoltre, nonostante la scoperta di Sb3N5 sia essenzialmente riconducibile a ricerca di base, i risultati ottenuti aprono nuove prospettive per quanto riguarda la sintesi ad alta pressione di un’intera classe di materiali innovativi di interesse energetico e tecnologico, potenzialmente recuperabili a condizioni ambiente in forma stabile o metastabile, come materiali a cambiamento di fase, strutture a strati e materiali ad elevato contenuto di azoto e ad alta densità di energia”.