Bij een druk van ‘slechts’ 40 GPa moet je stikstofhexafluoride-anionen kunnen synthetiseren. Dat zou dus de eerste verbinding zijn waarin stikstof wordt omringd door zes andere atomen, voorspellen Poolse onderzoekers in Scientific Reports.

Dominik Kurzydłowski en Patryk Zaleski-Ejgierd baseren zich op dichtheidsfunctionaaltheoretische berekeningen, waaruit blijkt dat een zout met de formule (NF₄⁺)₂(NF₆^-)(F^-) bij 40 GPa oftewel 400.000 atmosfeer stabiel zou moeten zijn. Met de aantekening dat je tussen twee diamanten aambeelden tegenwoordig gemakkelijk 200 GPa kunt halen, zodat niets een experimentje in de weg staat.

Zo’n NF₆^--anion zou ‘hypervalent’ zijn. Volgens de zogeheten octetregel wil de stikstofkern precies acht elektronen in zijn valentieschil hebben, en geen negen. Niet alle elementen houden zich daar consequent aan, maar stikstof tot nu toe wel.

En hoewel NF₅ niet in strijd is met die octetregel, bestaat dit molecuul tot nu toe ook alleen in theorie. Omdat de fluoratomen elkaar te veel in de weg zitten, ontleedt het meteen tot NF₃ en F₂. NF₄⁺ past nog wél, dat kation is in 1966 al voor het eerst gesynthetiseerd.

De Polen hebben nu uitgerekend dat je NF₃ en F₂ wél met elkaar kunt laten reageren als je ze voldoende krachtig samenperst. Boven de 40 GPa wordt de enthalpieverandering tijdens die reactie negatief. Wat daarbij helpt, is dat F₂ onder hoge druk een veel sterkere oxidator schijnt te worden.

Je kunt dan verschillende kristalstructuren verzinnen. Bij die 40 GPa blijkt een stapeling van afwisselende lagen NF₄⁺, NF₆^- en F^- thermodynamisch het meest stabiel. Voer je de druk nog veel verder op, tot minimaal 151 GPa, krijg je (NF₄⁺)(NF₆^-), dus zonder losse F^--ionen. Een stapeling van identieke NF₅-moleculen is bij elke druk kansloos.

Voor de kenners: de Polen hebben de hybride HSE06-functionaal gebruikt, omdat die volgens hen representatiever is dan andere functionalen. Misschien hebben ze gelijk, misschien ook niet.

bron: Scientific Reports