Investigadores En Baviera, Alemania Reducen El Nitrógeno Con Boro Y Cerveza

Reducir el nitrógeno

El boro se puede utilizar para convertir nitrógeno en amonio. Crédito: Equipo Braunschweig

La humanidad depende del amonio en los fertilizantes sintéticos para la alimentación. Sin embargo, la producción de amoníaco a partir de nitrógeno consume mucha energía y requiere el uso de metales de transición.

Investigadores de Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg en Baviera, Alemania, ahora han logrado la conversión de nitrógeno en amonio a temperatura ambiente y baja presión sin la necesidad de metales de transición. Esto fue informado por un grupo de investigación dirigido por el científico de JMU Holger Braunschweig en la revista Nature Chemistry .

Una nueva caja de herramientas para unir nitrógeno

La producción industrial de amoníaco, el llamado proceso Haber-Bosch, requiere altas temperaturas y presiones, y se estima que consume aproximadamente el dos por ciento de toda la energía producida en la tierra. Este proceso también se basa en elementos de metales de transición, átomos relativamente pesados ​​y reactivos.

En 2018, el equipo del profesor Braunschweig informó sobre la unión y la conversión química del nitrógeno utilizando una molécula constituida únicamente por átomos no metálicos más ligeros. Un año después, utilizaron un sistema similar para demostrar la primera combinación de dos moléculas de nitrógeno en el laboratorio, una reacción que de otro modo solo se había visto en la atmósfera superior de la Tierra y bajo plasma condiciones.

La clave en ambos descubrimientos fue el uso de boro, el quinto elemento más ligero, como átomo al que se une el nitrógeno. “Después de estos dos descubrimientos, quedó claro que teníamos un sistema bastante especial en nuestras manos”, dice Braunschweig.

Solo agrega agua

Aunque su sistema une y convierte el nitrógeno, solo la mitad de las piezas del rompecabezas estaban en su lugar. “Sabíamos que completar la conversión de nitrógeno en amoníaco sería un gran desafío, ya que requiere una secuencia compleja de reacciones químicas que a menudo son incompatibles entre sí”, explica el profesor de JMU.

El avance provino del más simple de los reactivos: los rastros de agua que quedan en una muestra fueron suficientes para promover una reacción secuencial que alejó al equipo a solo un paso del amonio objetivo. Más tarde se descubrió que las reacciones clave se podían realizar utilizando un sólido ácido , permitiendo que las reacciones ocurran secuencialmente en un solo matraz de reacción, todo a temperatura ambiente.

Hacer amonio con cerveza

Al darse cuenta de que el paso de acidificación del proceso parecía funcionar incluso con reactivos simples como el agua, el equipo repitió la reacción utilizando cerveza Würzburger Hofbräu elaborada localmente. Para su deleite, pudieron detectar el producto de pre-amonio en la mezcla de reacción.

“Este experimento fue en parte un poco divertido, pero también muestra cuán tolerante es el sistema al agua y otros compuestos”, explica el Dr. Marc-André Légaré, el investigador postdoctoral que inició el estudio. “La reducción de nitrógeno a amoníaco es una de las reacciones químicas más importantes para la humanidad. Esta es, sin duda, la primera vez que se hace con cerveza, ¡y es particularmente apropiado que se haya hecho en Alemania! ” dice el Dr. Rian Dewhurst, Akademischer Oberrat y coautor del estudio.

Queda mucho trabajo por hacer

La reacción, aunque emocionante, todavía está lejos de ser un proceso verdaderamente práctico para la producción industrial de amonio. Idealmente, será necesario encontrar una manera de reformar las especies activas para que el proceso sea energéticamente eficiente y económico.

Sin embargo, el descubrimiento es una demostración emocionante de que los elementos más ligeros pueden abordar incluso los mayores desafíos de la química. “Queda mucho por hacer aquí, pero el boro y los demás elementos ligeros ya nos han sorprendido muchas veces. Es evidente que son capaces de mucho más ”, dice Holger Braunschweig.

Referencia: “Conversión de dinitrógeno a cloruro de amonio en un recipiente a temperatura ambiente en un elemento del grupo principal” por Marc-André Légaré, Guillaume Bélanger-Chabot, Maximilian Rang, Rian D. Dewhurst, Ivo Krummenacher, Rüdiger Bertermann y Holger Braunschweig , 14 de septiembre de 2020, Nature Chemistry .
DOI: 10.1038 / s41557-020-0520-6

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