Het kan wel, maar makkelijk is het niet. Met het Haber-Bosch proces kunnen chemici moleculair stikstof opbreken en er ammoniak van maken. Maar daarbij zijn hoge drukken en temperaturen nodig.
Ammoniakfabriek Afbeelding: © Calderys
De drievoudige bindingen tussen de atomen in het stikstofmolecuul lieten zich tot voor kort niet op een gemakkelijker manier verbreken. Scheikundigen onder leiding van Paul Chirik van Cornell University in New York (VS) vonden een manier om dat wel te doen. Bij kamertemperatuur zelfs, en atmosferische druk.
Chirik en collega’s maakte onder andere oxamide, een bekende kunstmeststof. Maar door de hoeveelheid koolmonoxide te veranderen zijn ook andere koolwaterstoffen te maken. En van daaruit ligt de weg open naar producten die nu nog hun oorsprong vinden in aardolie.
In het nieuwe proces draait alles om hafnoceen, een moleculair complex van hafnium en cyclopentadieenmoleculen. Twee van deze complexen nemen een stikstofmolecuul in de houdgreep en verminderen daarbij de sterkte van de N-N binding. Dit maakt het mogelijk een verbinding te vormen met koolmonoxide. In een volgende reactiestap valt het hele bouwwerk uit elkaar onder de vorming van nieuwe moleculen. Afbeelding: © C&EN
Toch is de industriële relevantie van het nieuwe proces voorlopig nog niet erg groot. De hafniumverbinding wordt namelijk verbruikt: voor ieder opgebroken N2 molecuul is een nieuw hafniumcomplex nodig. Liever zien de chemici een katalytische route waarbij de activerende complexen behouden blijven. Chirik ziet dat als een uitdaging. Hij meldde aan het Britse tijschrift Chemistry World: “We hebben nu een nieuwe reactie-omgeving blootgelegd, en een nieuwe omzetting die we hopen toe te passen in katalytische reacties en belangrijke industriële processen.”
“Iedere keer wanneer iemand een nieuw chemische omzetting vindt voor het stikstofmolecuul komen we dichterbij een oplossing voor één van de holy grails van de chemie”, zegt de Canadese chemicus Michael Fryzuk van de Universiteit van British Columbia (Vancouver, Canada) in een reactie voor ‘Chemistry World’.
Computerweergave van een stikstofmolecuul. De bolletjes net naast het centrum representeren de stikstofatomen, daartussen is de sterke binding weergegeven. Afbeelding: © Photo Researchers, Inc.
