美国科学家成功制取氮５分子　被称为“盐粒炸弹”　化学界为之震惊

【英国《泰晤士报》２月１０日文章】题：下一次“大爆炸”：小如盐粒的
炸弹（作者　尼古拉斯·布思）
原文提要　氮５是大自然中能量巨大的奇异物质，它的制取使化学界为之震
惊。
奇异物质
化学上存在着两类爆炸——一类是可以预料的，而另一类则完全出乎意料。
据卡尔·克里斯特在介绍去年１１月某日所发生的事情时所说，那次摧毁了他的
部分实验设备的爆炸其实并不令人意外。他故作矜持地说：“我们知道我们在寻
找什么，我们知道它很不稳定，而且会是很壮观的。”
这里所说的“它”使一向沉稳的无机化学界变得异常兴奋起来。因为克里斯
特领导的这个为美国空军工作的研究小组已经制取出了大自然中一种能量巨大的
奇异物质，它是有史以来制造出的最有破坏力的炸药之一。
这种物质就是所谓的“氮５”（Ｎ５），即以多氮形式存在的氮。许多化学
家对于氮是否能以这种形式存在表示怀疑，更不用说在实验室里制取了。然而，
当研究者用人工合成方法制取出若干盐粒大小的Ｎ５时，其效果也是十分惊人的
。尽管克里斯特煞费苦心地声称，他所从事的研究纯粹属于基础性研究，不过迄
今为止，这项研究确实有望在火箭推进剂和爆炸物方面导致出人意料的进展。
三种形式
克里斯特领导的研究小组由１５名化学家组成，他们以人工合成方法制取了
这种形式的氮。氮通常被认为是一种较为稳定和沉闷的元素，不可见的氮气构成
了地球大气的４／５。气态的氮由两个结合在一起的氮原子组成，分子式为Ｎ２
。氮气化学性质稳定，极少与其他物质发生反应。氮气最早是１７７２年被分离
出来的，成功分离出氮气的人当中包括了英国科学家亨利·卡文迪什。不过，氮
的稳定性使它能够被用来制造炸药：当氮原子的一些电子被剥离时，剩下的带正
电的氮原子碎块（即离子）便会使出“浑身解数”，甚至不惜采取激烈的方式，
来恢复其稳定状态。氮的第二种形式叠氮化物（Ｎ３）是于１９世纪９０年代发
现的。叠氮化物能在短时间内把三个氮原子结合在一起。
叠氮化物十分不稳定，它们通常必须以晶状体形式进行保存。晶格结构可束
缚住每一个叠氮化物的分子，从而使它们无法与相邻的分子接触——一旦发生接
触，便会引发爆炸。
小汽车气囊中所使用的叠氮化钠是一种常见的叠氮化物形式。它被用来迅速
生成氮气。当汽车发生严重的碰撞事故时，这些氮离子便会相互接触，以极快的
速度释放出氮气。
克里斯特所制取的氮５（Ｎ５）是氮的第三种存在形式，其化学性质更不稳
定。Ｎ５由排列成Ｖ形的５个氮原子结合而成。实际上，克里斯特的小组已经出
人意料地找到了一种巧妙的办法：人们曾经认为把３个以上的氮原子结合在一起
是不可能的。上个月，当克里斯特向美国化学协会介绍他的研究结果时，听众们
感到震惊，而他们之所以感到震惊并不是因为发生了爆炸。
高效燃料
美国空军正在研究高能材料，以制造燃烧效率更高的火箭燃料；克里斯特博
士的工作是这项计划的一部分。他的工作是在爱德华兹空军基地展开的。该空军
基地建在加利福尼亚州莫哈韦沙漠中一片巨大的干湖上，以航天飞机的着陆地和
培养优秀试飞员的大本营而闻名于世。
所有的火箭发射都很壮观，但对设计人员来说却是一件头疼的事情。即便最
强有力的推进剂也有一个性能上限。目前，每发射一吨设备（无论是要送入轨道
的科学设备还是要送到敌人防线以外的核弹头）就需要５吨燃料。对于传统的火
箭化学燃料来说，这一比率是不可改变的，但克里斯特博士在爱德华兹推进研究
所的研究小组也许找到了改变这一比率的办法。
研究人员用４个月时间合成了稳定状态的分子碎片，采用的方法是把气态氮
与带负电的砷与氟的混合物结合起来。克里斯特博士说，其结果是几粒像佐餐盐
似的固态化合物。
这种物质的爆炸性来自带正电的分子碎片抓住附近同伴的方式。天然形态的
氮所处的境界相当于是化学中的“禅定”，即最低的能量状态。氮在这种状态下
保持稳定的性质，不易起反应。克里斯特博士所做的就是要从能量角度突破一个
障碍，他用河流打了个比喻。他说：“水不会上坡。你可以让它向山上流，但必
须要加入能量。从化学的角度上说，我们把这种形态的氮‘踢’上了山坡。”
成就骄人
克里斯特博士尤感自豪的是，他们第一次试验就取得了成功。今天的化学研
究不再仅仅依靠试管和盲目的信念，而更要依靠占据了整个实验室的昂贵而复杂
的仪器。克里斯特博士的工作必须要在真空状态下进行，使用不锈钢和特氟隆制
成的试管，并通过复杂的光谱仪寻找体积极其微小的异常分子的痕迹。
这种方法几乎不存在侥幸的成分。超级计算机的使用意味着化合作用的无数
种变化都可以通过屏幕预测出来。
但是，与其说创造新的分子碎片是一种精确的科学，倒不如说这是一种艺术
。其结果仍然要靠“直觉和天分”。其他人没能创造出氮的任何新形式，但克里
斯特博士却取得了令人瞩目的成就。１９８６年，他用化学方法而不是大量能量
成功地从一种化合物中分离出了纯氟。
另一项使人吃惊的成就是，他的研究小组在微观状态下制取了Ｎ５，而且不
仅仅是少量的分子。去年１１月，他们只制取出１００毫克，但现在已能够制造
出半克。由于Ｎ５极不稳定，他们不得不把它保存在零下８０摄氏度的干冰中。
即便如此，为保险起见，他们还用特氟隆制成的安瓿瓶保存这种新形式的氮。
在无机化学的历史上，克里斯特博士创造出了一种神奇的物质。某些人认为
，这种物质太不稳定了，可能无法利用。但如果能让它保持稳定并把它制造出来
，这种物质将成为火箭和导弹后级的理想燃料。