什么是全氮阴离子化学式?
原理:全氮阴离子盐是合成火箭推进剂井的过程中发现的一系列全氮离子全氮化合物的一类化学品,可以做全氮化合物的中间品,本身用处不大。
全氮阴离子氮五负是17年中国发布的,而且是最后一种全氮离子。
全氮化合物可以从氮二到氮十三总共12种,有一些是可以做含能材料,一是炸药,环保,炸药是做炸弹炸敌人的环保有什么用,所以了,主要是做火箭固体推进剂,好处多多。
但是,实用合成路线必须适合工业化安全低成本生产,理论上氮十很稳定,现在发现的全氮离子转化率不高,安全稳定性也不适合工业化。
全氮阴离子盐怎么合成的?
采用间氯过氧苯甲酸和甘氨酸亚铁分别作为切断试剂和助剂,通过氧化断裂的方式首次制备成功室温下稳定全氮阴离子盐。热分析结果显示这种盐分解温度高达116.8 ℃,具有非常好的热稳定性。
全氮阴离子盐作为新型超高能含能材料,是国家核心军事能力和军事技术制高点的重要标志。而全氮类物质具有高密度、超高能量及爆轰产物清洁无污染等优点,因此也成为新一代超高能含能材料的典型代表。
延伸阅读
2017年西安古都的一声炮响,拉开了中国纯净氢弹制造的序幕。这是一型比TNT炸药威力强10倍的新型炸药,而它所依托的原材料正是由中国首次分离得到的较为稳定的全氮阴离子盐,并且中国是全球首个取得这项成果的国家。
在中国之前,这种材料只存在于科学家们的实验数据中,从来没有任何国家科学家取得过突破。这种先进技术的问世意味着中国的军事实力未来或许还会拔升一个新高度。
那么这种听起来十分威风的全氮阴离子盐到底是一种什么样的材料,又包含了哪些高端技术呢?
在中国取得技术成果之前,全氮阴离子盐合成的稳定性一直是含能材料领域的研究重点,在理论中全氮阴离子盐有利于提纯氢弹中的杂质,进而增加弹药威力。
《红海行动》这部电影很多人都看过,海清扮演的记者为了追踪一批核武器原材料的交易,直接从法国追到了非洲,剧情中中不知道有没有人注意,她一直强调这批黄饼是制造“脏弹”的原材料。
“脏弹”就是我们日常所了解的具有放射性的一种核弹,这种材料的杀伤力大、破坏性高、持续性强,可以参照二战时广岛、长崎这个事件,炸弹爆炸后对当地土壤、气候、水源等影响极其深远。
而我们提到的全氮阴离子盐不同,它是制造纯净炸弹的最重要的材料,也就是氢弹提纯的最重要物质。当然,氢弹从根本上来说也是核武器,虽然威力大,但经过全氮阴离子技术加持的氢弹基本不具有持续的放射性,也不会对生态环境造成毁灭性态度太大影响,因此人们更愿意把它归类为比较“有良心”的纯净武器。
全氮阴离子盐的发展历程
火药是中国的四大发明之一,早在1000多年前,中国的黑火药制造、配比技术已经领先了全世界。然而随着封建王朝的盲目自闭,新事物、新技术也来越难以在当时的国内推广。
从近代开始,中国的火药技术已经明显有点跟不上时代了,取而代之的是欧美地区在本地的技术革命爆发后,相继实现了运用苦味酸、硝化甘油等材料制造出了精度更高,威力更大的火药,并逐渐实现了对旧中国火药的技术超越。
在持续了成百上千年的火药发展史上,人们对火药技术的痴迷,促使这种技术的研究与更新从未间断。当前全球火药的主要合成技术还是环三次甲基三硝胺和TNT及相关混合装炸药。
但基于化学技术力量的火药含能材料领域的研究,在一定程度上说已经到达瓶颈期。这种情况下,各国的科学家只能不断的向别的领域寻求突破,近百年经过不断的举证研究,最后得出似乎具有高能量、高密度特性的炸药将逐渐演变成了一个新的技术研究方向。
在选定了方向后,随后的高强度炸药材料难题也就应声而落,毕竟划定了区域,在这个范围中不断查找,排除,最后发现符合要求的只剩下了金属氢、全氮类物质等,这也为未来炸药的研究方向奠定了基础。
在早期氢、氮元素的研究上,美国由于投入得最多,也更有发言权。但他们始终只有实验数据,并没有取得有效的试验成果,几十年的时间投入,刚有一点突破的时候就会发现,提炼技术无法达到理想水平,尤其是全氮阴离子盐的研究更是几度陷入僵局,令人一筹莫展。虽然科学家对从N3到N13的各种全氮衍生物进行了大量的理论预测和科学试验,但始终无法实现合成精度更高的全氮化合物。
氢、氮的研究最初几乎是同步进行,但在全氮化合物迟迟无法取得突破时,氢弹研究却率先进入现代,世界上第一颗氢弹来自于1953年的前苏联,它是第一个将氢弹实用化的国家。在此之后,氢弹技术便相继被许多国家掌握开发。1967年6月,中国也取得了氢弹试验的成功
受此启发,全氮化合物的研究终于走出了困顿已久的死胡同。人们通过理论结合试验验证出一定量不含杂质的全氮类物质的威力相等于TNT炸药的10—100倍,可以应用于制造炸药、火箭推进剂等大型炸药或燃料,最重要的是可以制作不引起核裂变起爆的“纯净”氢弹,但这项研究能否顺利取得实质性的突破呢?
全氮阴离子的原理及应用
高能炸药释放时候的威力实际上是来自于分子化学键在断裂重组过程中所释放的能量,绝大多数产生的能量储存在化学键里,因此化学类炸药在制造中,内部所含分子的化学键越多,所储存的能量就越多。而所有的化学分子中,只有氮分子拥有3个化学键,这也就意味着在研制炸药时,内部燃料含氮量越高炸药威力越猛,所以全氮阴离子的出现对于弹药威力的提高,意义十分重大。
同时,氮化合物也有一个致命的弱点,那就是极其不稳定,尤其是多氮化合物,在合成全氮阴离子的过程中,更是难题倍出,这种不稳定的氮化合物不仅难提取,而且也不安全,为研制过程增加了难度。
自从人类掌握了从大气中分离氮气技术以来,200多年间的时间里不论科学家们如何研究,都无法获得稳定性更高全氮化合物,这种难以攻克的科学难题,让科学家们大感头痛。随着科技发展和不断进步,很多历史难题都在新技术面前低下了头,虽然全氮化合物的合成依旧是世界科研领域的难题,但终究不是没法克服。
2017年1月27日中国科学家胡炳成教授及团队经过多年的研究与试验,运用间氯过氧苯甲酸和甘氨酸亚铁作为切断试剂和助剂,以氧化断裂的方式,终于在室温条件下获取了稳定全氮阴离子盐。随后通过热分析,进一步得出了试验结果,全氮阴离子盐在分解过程中温度高达116.8 ℃,具有十分可喜的热稳定性,这种结果是全世界科学家都梦寐以求的。
合成的全氮阴离子盐,在研发过程中为了最大的保持其稳定性、安全性,在不影响效力的情况下,全氮阴离子盐内部添加了部分其他化学元素,尤其是可以限制爆炸威力的氢和氧。
当然这并不意味着之前的提炼过程变成了无用功,添加的氢和氧,不过是为了在研究过程的安全性,中国全氮化合物的研发技术还包含了可以提取全氮阴离子盐中其他化学物质的能力。
首先在高压条件下,让氮气在高密度的挤压下,使其变成聚合氮,但这种方法对压强的要求较高,基本无法应用于生产,只能在小范围内进行科学研究。
其次是低压条件下,用化学方法全氮阴离子和全氮阳离子进行合成,进而将阴阳离子结合,过程中排除其他杂质,最后将其变成不含其它元素的全氮物质。这种技术极大的增加了全氮阴离子盐合成物的稳定性,这也就是中国取得了全氮阴离子盐的根本技术原因。
中国合成的全氮阴离子盐具有三个明显优势:高密度、高能量以及清洁无污染的特性,在热武器研发领域拥有不可比拟的价值。
这种优势应用在军事武器制造领域,可以让导弹的威力不降低的情况下,尽可能地缩小体积,这样就可以让携带弹体的飞机、舰艇以及其他装载武器,携带更多的弹药,提高对敌打击力度。全氮阴离子甚至可以应用在导弹制造领域,能大幅度提升射程,实现对敌目标远距离打击的目的。
高能全氮合成物应用前景是不可限量的,全氮阴离子盐技术制造的火箭燃料,其能量密度远远高于现在的所有火箭燃料。在燃烧过程中,产生的化学产物是氮气,而氮气是没有毒性和反射性的,不会污染环境,也不会造成持续性伤害。
除此之外,全氮阴离子盐存在的意义上在减少核武器放射性的问题上意义重大。此前大型核武器的威力虽然不容置疑,但在爆炸过程中产生的大量放射物质具有极强的破坏性,这种大规模的杀伤武器在国际上从来都是受到限制和约束的。
氢弹的爆炸原理是依托核聚变反应过程中释放的能量进行大规模爆炸产生威力,而核聚变的过程本身不会产生大量辐射,虽然辐射少,但并不是完全没有危害。如果在氢弹的的制造过程中运用全氮阴离子盐作为氢弹的引爆材料,那么氢弹便会在一定程度上成为无辐射的清洁炸弹。
你可以把这种通过全氮阴离子盐合成的无辐射的清洁炸弹想象成科幻片中经常出现的N2爆弹,威力极强,性能极高,但又不会进一步遭到人们的唾弃。
结语
中国科学家能率先取得全氮阴离子盐合成的突破,代表着中国实力的强大,中国科学在世界范围内的崛起势不可挡,更是将较早研究全氮阴离子盐合成的欧美国家甩在身后,全氮阴离子盐技术的突破标志着中国在全氮化合物领域的核心军事技术或许已经达到国际最高水平。