La produzione di ammoniaca dall'azoto atmosferico gassoso è da oltre un secolo uno dei processi industriali più importanti, grazie all'utilizzo dell'ammoniaca come materia prima per la preparazione di fertilizzanti azotati.
Attualmente, il metodo principale di produzione dell'ammoniaca è il processo Haber-Bosch, che opera a temperature e pressioni molto elevate e richiede quindi molta energia.
La riduzione dell'azoto atmosferico catalizzata da un elemento di transizione è un metodo alternativo per la formazione di ammoniaca. In questi sistemi di reazione, i metalloceni o la grafite di potassio sono tipicamente utilizzati come reagenti riducenti e gli acidi coniugati di piridine o composti correlati sono utilizzati come fonte di protoni.
Per sviluppare un sistema di fissazione dell'azoto di nuova generazione, questi reagenti dovrebbero essere a basso costo, prontamente disponibili e rispettosi dell'ambiente.
Operiamo brevemente un confronto agli approcci della produzione di ammoniaca.
Sopra: Nella sintesi industriale Haber-Bosch dell'ammoniaca (NH3), l'azoto gassoso (N2) reagisce con le molecole di idrogeno (H2), tipicamente in presenza di un catalizzatore di ferro. Il processo richiede temperature e pressioni elevate, ma è termodinamicamente ideale perché poca energia viene sprecata nei processi secondari.
Al centro: gli enzimi della nitrogenasi catalizzano la reazione dell'azoto con sei elettroni (e–) e sei protoni (H+) per formare ammoniaca in condizioni di laboratorio. Tuttavia, due elettroni e protoni aggiuntivi costituiscono una molecola di H2 e la conversione di ATP (il combustibile cellulare) in ADP guida la reazione. Il processo ha quindi un alto potenziale chimico. Consuma molta più energia di quella necessaria per l'effettiva reazione di formazione dell'ammoniaca: per ogni mole di ATP convertita in ADP si liberano infatti 7.3 kcal (circa 30 kJ).
In basso: nella nuova reazione, proposta QUI da Ashida e colleghi, una miscela di acqua e diioduro di samario (SmI2) è convertita in ammoniaca per reazione con azoto in condizioni ambientali in presenza di un catalizzatore di molibdeno. SmI2 indebolisce i legami O-H dell'acqua (o anche dell'ossidrile alcolico) e genera in situ gli atomi di idrogeno che poi reagiscono con il diazoto.
FONTI:
- de.frontys-energy.com (clikkare per aprire il collegamento).
- Molybdenum-catalysed ammonia production with samarium diiodide and alcohols or water (idem)
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