Kemija danas - novi uvid u Haber-Bosch proces
Haber-Bosch proces već se sto godina koristi za pretvorbu atmosferskog dušika u amonijak za potrebe proizvodnje umjetnih gnojiva. Unatoč tako dugotrajnoj pouzdanosti, znanstvenici znaju vrlo malo o kemijskom mehanizmu samog procesa. Tim znanstvenika, pod vodstvom Patricka Hollanda sa sveučilišta Rochester, nedavno je otkrio kako točno dolazi do nastanka amonijaka. Rezultati istraživanja objavljeni su u najnovijem izdanju znanstvenog časopisa Science.
Kemijsko ponašanje molekula dušika za Hollanda predstavlja izazov. Iako je dušik jedan od glavnih sastojaka atmosfere, zbog svoje čvrste trostruke veze molekule dušika su kemijski izrazito inertne. Haber-Bosch proces zasniva se na upotrebi željeza kao katalizatora reakcije razbijanja trostruke veze molekula dušika i sinteze amonijaka. Reakcija se odvija na izrazito visokim temperaturama i pod visokim tlakom, a kao produkt dobiva se kap po kap amonijaka. Sam mehanizam reakcije je, međutim, ostao tajna.
"Unatoč svojoj učinkovitosti, teško je direktno proučiti mehanizam Haber-Bosch procesa jer se reakcija odvija na krutom katalizatoru", objašnjava Holland. "Upravo smo zbog toga pokušali razbiti molekulu dušika pomoću topljivih oblika željeza."
Otkrili su da željezov kompleks u kombinaciji s natrijem uspješno razbija čvrstu trostruku vezu molekule dušika. Kao produkt ove reakcije nastaje kompleks željezov(II) nitrid, što sugerira da atomi željeza, takoreći, surađuju u razbijanju trostruke veze molekule dušika. Novonastali kompleks potom ulazi u reakciju s molekulom vodika u kiselom okruženju pri čemu napokon nastaje amonijak. Hollandov je tim prvi dosad uspio izvesti reakciju dobivanja amonijaka iz atmosferskog dušika u otopini. Među znanstvenicima koji su sudjelovali na ovom istraživanju treba istaknuti: Meghan Rodriguez i Williama Brennessela također sa sveučilišta Rochester te Eckharda Billa s Max Planck instituta za bioanorgansku kemiju u Njemačkoj.
Unatoč tako značajnom otkriću, malo je vjerojatno da će Haber-Bosch proces uskoro biti zamijenjen. Iako postoje značajni rizici u proizvodnji amonijaka na visokim temperaturama i tlaku, sam Holland ističe da je katalizator koji su oni koristili značajno skuplji od onog koji se koristi u Haber-Bosch procesu.
Unatoč tome, rezultati ovog istraživanja mogli bi biti korisni u područjima van svijeta amonijaka i umjetnih gnojiva. Prilikom razbijanja molekule dušika pomoću željezo-natrij kompleksa nastaju negativno nabijeni ioni dušika, odnosno nitridi. Holland ističe da bi mogućnost dobivanja nitrida u otopini mogla biti od velike važnosti u proizvodnji lijekova i drugih sličnih proizvoda.
Izvor: University of Rochester