O composto de urânio em ponte oxo captura dinitrogênio e converte dinitrogênio e monóxido de carbono em cianamida. Crédito:Marta Falcone / Marinella Mazzanti / EPFL
Abundante na atmosfera, o nitrogênio raramente é usado na produção industrial de produtos químicos. O processo mais importante usando nitrogênio é a síntese de amônia usada para a preparação de fertilizantes agrícolas.
O uso de nitrogênio como matéria-prima ("matéria-prima") para uso industrial é realizado por uma reação conhecida como fixação de nitrogênio. Nesta reação, nitrogênio molecular (ou dinitrogênio - N 2 ) é dividido em dois átomos de nitrogênio que podem ser conectados a outros elementos, como hidrogênio ou carbono, permitindo que o nitrogênio seja armazenado como amônia ou convertido diretamente em compostos de alto valor.
Mas a amônia não é fácil de fazer em nível industrial; o processo principal, chamado Haber-Bosch, usa um catalisador à base de ferro em temperaturas em torno de 450 graus C e pressões de 300 bar - quase 300 vezes a pressão ao nível do mar. Para tornar o processo mais econômico, os químicos têm se concentrado no desenvolvimento de novos sistemas que podem transformar o nitrogênio em compostos úteis usando condições moderadas de baixa energia.
Em 2017, o laboratório de Marinella Mazzanti na EPFL foi capaz de converter nitrogênio molecular em amônia em condições ambientais sintetizando um composto contendo dois íons de urânio (III) e três centros de potássio mantidos juntos por um grupo nitreto.
Agora, o grupo, em colaboração com outros grupos EPFL, mostrou que, ao substituir a ponte de nitreto no sistema de urânio por uma ponte oxo, eles ainda podem ligar o dinitrogênio. Além disso, o dinitrogênio ligado pode ser facilmente clivado em condições ambientais por monóxido de carbono para fazer cianamida, um composto que é amplamente utilizado na agricultura, farmacêuticos, e vários compostos orgânicos.
A reatividade do complexo de dinitrogênio em ponte oxo foi notavelmente diferente em comparação com o complexo de nitreto anterior e os poucos outros complexos de nitrogênio conhecidos no campo. Os estudos computacionais então permitiram aos cientistas relacionar essas diferenças na reatividade à ligação na ponte urânio-oxo / nitreto.
"Essas descobertas fornecem informações importantes sobre a relação entre a estrutura e a reatividade que deve se estender aos materiais de nitreto e óxido, "diz Marinella Mazzanti." Além disso, a implementação desses compostos em sistemas catalíticos poderia, em última análise, levar a um acesso de custo mais baixo aos fertilizantes. "
