Generando condizioni di altissima pressione e temperatura (300.000 volte la pressione atmosferica e circa 1.200 °C), ottenute mediante strumenti chiamati celle ad incudine di diamante in combinazione con tecniche di riscaldamento laser, si può indurre una reazione chimica tra arsenico e azoto molecolare, in assenza di solventi o catalizzatori, e sintetizzare per la prima volta un nitruro di arsenico cristallino di formula chimica AsN. Ci sono riusciti i ricercatori dell’Istituto di chimica dei composti organometallici del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Iccom), dell’European laboratory for non-liner spectroscopy (Lens) di Sesto Fiorentino, dell’European synchrotron radiation facility (Esrf) di Grenoble e dei Dipartimenti di chimica dell’Università di Firenze e Pavia.

Il cristallo ottenuto ha caratteristiche simili a quelle di una forma di azoto chiamata cubic-gauche nitrogen (cg-N), costituita da un reticolo cristallino di atomi di azoto. cg-N è considerato uno dei materiali a più alta densità di energia e ha attirato un notevole interesse in ambito energetico per potenziali applicazioni come esplosivo o propellente sia in ingegneria aerospaziale che nel campo della mobilità sostenibile a basso impatto ambientale, dato che il rilascio di energia avviene attraverso la decomposizione in molecole di N2, che costituiscono naturalmente circa l’80% dell’atmosfera terrestre. A oggi, non è stato possibile recuperare questo materiale a condizioni ambiente, né in forma metastabile né stabilizzandolo con la presenza di altri elementi.

«La struttura del cristallo di nitruro di arsenico (AsN), che abbiamo sintetizzato, è stata determinata mediante tecniche di diffrazione di raggi-X (XRD) con sorgente di sincrotrone presso Esrf», spiega Matteo Ceppatelli, ricercatore del Cnr-Iccom che ha coordinato la ricerca. «Questo ha permesso di scoprire come nel cristallo di AsN siano presenti caratteristici motivi strutturali, con importanti implicazioni per la stabilità del sistema».

Le implicazioni della scoperta del nitruro di arsenico AsN, recentemente pubblicata sulla rivista Angewandte Chemie international edition, riguardano sia la chimica fondamentale degli elementi del gruppo 15 della Tavola periodica, di cui fanno parte appunto arsenico e azoto, che la sintesi ad alta pressione di materiali avanzati innovativi di elevato interesse energetico e tecnologico, come i materiali termoelettrici e quelli a bassissima conduttività termica, aprendo nuove prospettive per lo studio di questi sistemi ad alta pressione.