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El misterioso estado sólido del nitrógeno: ¿Cómo se resolvió este misterio científico en 1884?
En 1884, el científico Karol Olszewski observó nitrógeno sólido por primera vez, un descubrimiento importante que reveló el misterio del nitrógeno. El estudio del nitrógeno sólido todavía atrae una gran atención en la comunidad académica, no sólo por su aplicación en la investigación científica, sino también porque juega un papel importante en la composición de los cuerpos celestes en el sistema solar exterior.
El nitrógeno sólido es un componente importante de los cuerpos extraterrestres a bajas temperaturas y bajas presiones; a altas temperaturas y altas presiones, es un poderoso explosivo con una densidad de energía que excede la de otros materiales no nucleares.
Generación de nitrógeno sólido
El método experimental de Olszewski es bastante simple pero muy creativo: primero licuó el hidrógeno evaporando nitrógeno líquido y luego utilizó la baja temperatura del hidrógeno líquido para enfriar el nitrógeno y convertirlo en sólido. Este proceso le permitió producir la temperatura de nitrógeno más fría jamás registrada hasta ese momento, 48 K (aproximadamente -225 °C), estableciendo un récord mundial. Hasta el día de hoy, la tecnología para generar nitrógeno sólido en el laboratorio todavía sigue un proceso similar: evaporar nitrógeno líquido en el vacío.Existencia en la naturaleza
El nitrógeno sólido tiene una distribución significativa en la naturaleza e incluso se puede encontrar en las superficies de Plutón y del satélite Tritón de Neptuno. El nitrógeno sólido fue observado directamente por primera vez en Plutón por la nave espacial New Horizons en 2015, mientras que un fenómeno similar fue confirmado en Tritón por la Voyager 2 en 1989. A estas bajas temperaturas, el nitrógeno sólido es relativamente volátil y puede sublimar y formar una atmósfera o condensarse nuevamente en escarcha de nitrógeno. El nitrógeno sólido fluye a presiones más bajas que otros materiales y cuando se acumula toma la forma de un glaciar, lo que hace que la gente se maraville de las propiedades del nitrógeno sólido.New Horizons observó hielo de agua "flotando" en la superficie de Plutón, dejando a los espectadores sorprendidos por el comportamiento del nitrógeno sólido.
Transformación y propiedades del nitrógeno sólido
El nitrógeno sólido exhibe diferentes propiedades a diferentes presiones y temperaturas. A presión atmosférica estándar, el punto de fusión del nitrógeno es 63,23 K. El nitrógeno es un elemento que existe en muchas formas sólidas, y las propiedades de estas formas que se funden y subliman bajo alta presión han atraído una amplia investigación. Lo que es aún más notable es que el nitrógeno sólido exhibe una sorprendente densidad energética bajo alta presión, lo que lo hace valioso en el campo de los materiales energéticos.Estructura cristalina del nitrógeno sólido
El dinitrógeno sólido existe en forma de moléculas de N2 a temperatura ambiente y presión media. Cuando la temperatura desciende por debajo de 35,6 K, el nitrógeno puede transformarse en la fase α y comenzar a polimerizarse a una presión de 50 GPa. Las condiciones de mayor presión promueven la transformación del nitrógeno sólido en cristales de nitrógeno con diferentes estructuras [como el nitrógeno cúbico y hexagonal]. Estas diferentes estructuras cristalinas tienen variaciones significativas en las propiedades físicas y químicas.La existencia de nitrógeno en forma sólida ha despertado un gran interés por su estabilidad y reactividad en ambientes extremos, especialmente aquellos en cuerpos no terrestres.
Aplicaciones y perspectivas futuras
Las propiedades del nitrógeno sólido lo convierten en una dirección importante para futuras investigaciones, especialmente en la aplicación de materiales energéticos y la profundización de la física teórica. Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, el nitrógeno sólido puede desempeñar un papel clave en la exploración espacial u otros campos científicos y tecnológicos. Los científicos están explorando constantemente la diversidad del nitrógeno sólido y sus aplicaciones potenciales, con la esperanza de que este elemento aparentemente ordinario pueda demostrar un desempeño extraordinario en futuras investigaciones científicas.
¿Cómo afectará la investigación sobre el nitrógeno sólido a nuestra comprensión y aplicación de la materia en el futuro?
