16.09.2020 - Julius-Maximilians-Universität Würzburg

Reducir el nitrógeno con el boro y la cerveza

Los químicos han logrado la conversión de nitrógeno en amonio a temperatura ambiente y baja presión usando sólo elementos ligeros

La conversión industrial de nitrógeno en amonio proporciona fertilizante para la agricultura. Los químicos de Würzburg han logrado esta conversión a temperatura ambiente y baja presión usando sólo elementos ligeros.

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

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

Una nueva caja de herramientas para ligar el 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 depende de elementos metálicos de transición, átomos relativamente pesados y reactivos.

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

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

Sólo hay que añadir agua

Aunque su sistema se une y convierte el nitrógeno, sólo 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 compleja secuencia de reacciones químicas que a menudo son incompatibles entre sí", explica el profesor de la JMU.

El avance vino del más simple de los reactivos: los rastros de agua dejados en una muestra fueron suficientes para promover una reacción secuencial que llevó al equipo a estar a un solo paso del objetivo de amonio. Más tarde se descubrió que las reacciones clave se podían hacer usando un ácido sólido, permitiendo que las reacciones ocurrieran secuencialmente en un solo frasco de reacción, todo a temperatura ambiente.

Hacer amonio con la cerveza

Al darse cuenta de que la etapa de acidificación del proceso parecía funcionar incluso con reactivos simples como el agua, el equipo repitió la reacción utilizando cerveza Würzburger Hofbräu de fabricación local. Para su deleite, fueron capaces de detectar el producto preamoniaco en la mezcla de la reacción.

"Este experimento fue en parte divertido, pero también muestra la tolerancia del sistema al agua y a 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 ha hecho con cerveza, y es particularmente adecuado 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, está todavía lejos de ser un proceso verdaderamente práctico para la producción industrial de amonio. Lo ideal sería encontrar una forma de reformar la especie activa para que el proceso sea eficiente en términos de energía y económico.

No obstante, el descubrimiento es una demostración emocionante de que los elementos más ligeros pueden hacer frente incluso a los mayores desafíos de la química. "Queda mucho por hacer aquí, pero el boro y los otros elementos ligeros ya nos han sorprendido muchas veces. Son claramente capaces de mucho más", dice Holger Braunschweig.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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