اكتشاف جزيئات قادرة على منافسة الديناميت: العلماء يفتحون أفقا جديدا في الطاقة والكيمياء

2025/04/06 - 11:13:25am

تمكن باحثو معهد سكولتيك من تحديد أكثر من 220 مركبا كربونيا-أوكسجينيا، بما في ذلك العديد من المركبات التي كانت مجهولة سابقا، بعض هذه المركبات أظهرت طاقة انفجارية قريبة من طاقة الديناميت (TNT) رغم عدم احتوائها على النيتروجين، هذا الاكتشاف يفتح آفاقا جديدة في مجالات استكشاف الفضاء، تطوير البطاريات، والمواد الطاقوية، مما يشكك في الكيمياء التقليدية ويوسع فهمنا للتنوع الجزيئي.

مركبات الأوكسوكاربون: جزيئات غير تقليدية بقدرة انفجارية كبيرة

في دراسة نظرية استكشافية، قام باحثو سكولتيك بدراسة مجموعة واسعة من الجزيئات التي تحتوي على ذرات الأوكسجين والكربون، متجاوزين الأوكسيدين المعروفين: ثاني أكسيد الكربون وأحادي أكسيد الكربون.د، هذه المركبات الكربونية-أوكسجينية ذات أهمية كبيرة في عدة مجالات، مثل استكشاف الفضاء، وتطوير البطاريات، والكيمياء الحيوية، وتصميم المتفجرات الصناعية ووقود الصواريخ.

اكتشاف المركبات ذات الطاقة العالية: جزيئات بدون نيتروجين

نشرت الدراسة في مجلة "Materials Today Energy"، بدعم من منحة من مؤسسة العلوم الروسية، حيث تم اكتشاف العديد من الجزيئات غير المعروفة سابقًا، وبعضها يمتلك طاقة انفجارية تعادل أكثر من 75% من طاقة الديناميت. هذه المركبات تقع ضمن فئة المواد ذات كثافة الطاقة العالية، وهي مواد قادرة على إطلاق كميات كبيرة من الطاقة الكيميائية لكل وحدة كتلة. هذه المواد تعتبر حاسمة لتطوير الوقود والمتفجرات التي تتفوق على المركبات التقليدية المعتمدة على النيتروجين مثل الديناميت وبركلورات الأمونيوم.

دور أحادي أكسيد الكربون واستقرار المركبات

السبب وراء اعتماد العديد من المواد ذات كثافة الطاقة العالية على كيمياء النيتروجين هو أن ذرات النيتروجين تسعى لتشكيل الجزيء المستقر N₂ خلال التفاعلات الكيميائية، مما يحرر كميات هائلة من الطاقة، ومع ذلك وجد الباحثون أن بعض مركبات الأوكسوكاربون التي تمت دراستها يمكن أن تحرر طاقة تصل إلى 81% من طاقة الديناميت عند تحللها إلى منتجات تحتوي على ثاني أكسيد الكربون بدلاً من أحادي أكسيد الكربون.

مركبات الأوكسوكاربون واستخداماتها المستقبلية

تم اكتشاف 224 مركبا من الأوكسوكاربون، من بينها 32 مركبًا تمتلك قدرة انفجارية مع بعض الإمكانية للتصنيع. تشمل هذه المركبات C₄O₈، C₄O₉، C₆O₁₂ وC₆O₁₃، التي تحرر 75% أو أكثر من طاقة الديناميت، مع المركب C₄O₉ الذي يحوي أكبر طاقة انفجارية بنسبة 81%.

التنوع الغني في الكيمياء الجزيئية: هل هي "جزيئات سحرية"؟

تعد الكيمياء الجزيئية التي اكتشفها الباحثون غير تقليدية، حيث توضح الدراسة أن التنوع في التراكيب الكيميائية للمركبات الجزيئية أكبر بكثير من التنوع في البلورات، وتعد المركبات التي تظهر خصائص طاقة أكثر استقرارًا من تلك القريبة منها "جزيئات سحرية"، مما يشير إلى استقرارها العالي واحتمالية تشكيلها في الطبيعة.

تطبيقات المستقبل: من الفضاء إلى الطاقة والتكنولوجيا الحيوية

تتمتع مركبات الأوكسوكاربون بإمكانات كبيرة في العديد من التطبيقات، مثل تكنولوجيا الطاقة المتقدمة، ومواد الأقطاب للبطاريات الليثيوم أيون، وكيمياء الغلاف الجوي، والدراسات البيوكيميائية، كما يُتوقع أن توجد هذه المركبات في الوسط بين النجمي وعلى الكواكب، مما يجعلها هدفا للبحث الفلكي. على الرغم من أهمية هذه المركبات، إلا أن دراستها لا تزال غير كافية، وقد تكون هذه الدراسة خطوة هامة لتوسيع فهمنا لها.