Yeni Tasarlanan Molekül Azotu Daha Elverişli Bir Şekilde Bağlar
Fotoğraf : Azot molekülü (mavi) iki borilen molekülü (gri) ile bağlanmıştır. Bağda yer alan bor atomları resimde yeşil renkle renklendirilmiştir.
Buğday, darı ve mısırın yetiştirilmesi için azot gereklidir. Bu nedenle gübreler büyük miktarlarda azotlu bileşikler içerir. Bu bileşikler mucitlerinin adını taşıyan ve azotu amonyağa dönüştüren Haber-Bosch yöntemi ile sentezlenir. Bu teknolojinin dünya nüfusunun yarısına kadar nüfusun beslenmesine sahip çıktığı sanılıyor.
Hava yaklaşık% 80 azottan (N2) oluşur ancak buradaki azot reaktifliği etkisizdir, çünkü iki azot atomu arasındaki bağ çok kararlıdır. Haber-Bosch süreci bu bağı koparır ve azotu bitkiler tarafından alınabilen ve kullanılabilen amonyak (NH3) haline getirir. Bu adım çok yüksek basınç ve sıcaklık gerektirir ve küresel olarak üretilen birincil enerjinin yüzde 1’inin tüketileceği tahmin edilen yoğun bir enerji içerir.
Almanya Bavyera’daki Julius-Maximilians Üniversitesi (JMU) İnorganik Kimya Enstitüsünden Profesör Holger Braunschweig “Bundan dolayı, azotu ikiye bölmenin enerjik olarak daha avantajlı bir yolunu arıyorduk” diyerek açıkladı. Bazı bakteriler, bunun gerçekten çalıştığını gösteriyor: Bakteriler geçiş metallerinden demir ve molibden yardımıyla reaksiyonu katalize eden nitrojenaz enzimini kullanarak bunu normal basınç ve sıcaklıklarda yapabiliyorlar.
Braunschweig, “Bugüne kadar nitrojenaz türünü yeniden üreterek başarısız olduk. Bu yüzden bir alternatif aramaya başladık: reaksiyonu katalize edebilen ve geçiş metallerine dayalı olmayan bir molekül.” dedi.
Braunschweig ve ekibi yıllarca, borilen içeren belirli bileşikler üzerinde çalışıyor. Bu bileşikler böyle bir katalizör için potansiyel adaylar olarak kabul edilebilirler. Ama bu borilen molekülünün bu amaç için nasıl yapılandırılması gerekiyor?
Nitrojenaz içindeki demir ve molibden indirgeme olarak isimlendirilen işlemle azot molekülüne bir elektron verdiği biliniyor. Bu, iki N atomu arasındaki bağın kırılmasına neden olur. Ama buna rağmen bu işlem geçerlidir, çünkü geçiş metalleri azot molekülü için iyi bir eşleşmedir: İndirgeme esnasında elektronların geçtiği alan bulunabilir ve geçiş metallerin orbitalleri uzaysal düzenlerinden dolayı azotun orbitalleri ile önemli ölçüde örtüşür.
İnorganik Kimya Enstitüsünden Dr. Marc André Légaré kuantum mekanik tahminlerine dayanarak benzer bir yörünge düzenlemesi olan bir borilen tasarladı. Onun araştırmalarının sonuçları JMU enstitüsünde sentetik olarak test edildi.
Ve bu şekilde üretilen borilenin oda sıcaklığında ve normal hava basıncında nitrojen ile başarıyla sabitlenebildi. Légaré, “İlk kez, metalik olmayan bileşiklerin de bu adımı gerçekleştirebildiğini gösterebildik,” diye vurguluyor.
Ancak bu, Haber-Bosch işleminin kaldırılması gerektiği anlamına gelmiyor. Bir kere, indirgenmiş azotun borileni parçalanmadan ayrılabileceği kesin değildir. Bununla birlikte, bu adım katalizörü geri kazanmak için gereklidir, böylece daha sonra bir sonraki azot molekülüne bağlanmaya hazır olur.
Profesör Braunschweig, “Bunun enerjik olarak daha elverişli bir yöntem getirip getirmeyeceği hala açık bir sorudur” diyor. “Nihai hedefe ulaşmanın yolu büyük adımlar olsa da, bu sadece ilk adımdır” dedi.
JMU Fizikî ve Teorik Kimya Enstitüsü Profesörü Bernd Engels’in araştırma grubu ile birlikte yürütülen çalışmanın sonuçları, ünlü bilim Science dergisinde yayınlanacak.
Kaynak : phys.org
