Descoberta faz o inerte nitrogênio reagir consigo mesmo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 01/07/2019

Pela primeira vez, duas moléculas de nitrogênio atmosférico (azul, meio) foram acopladas diretamente umas às outras.
[Imagem: Rian Dewhurst/Marc-André Légaré]

Reações com nitrogênio

Químicos alemães conseguiram algo que os cientistas acreditavam até agora ser impossível: O acoplamento direto de duas moléculas de nitrogênio.

Essa nova reação química abre possibilidades enormes para o uso da molécula mais inerte da Terra.

Constituindo mais de 78% do ar que respiramos, o nitrogênio é o elemento mais frequentemente encontrado em sua forma pura na Terra. A razão para a abundância do nitrogênio elementar é a incrível estabilidade e inércia do dinitrogênio (N2), a molécula que compreende dois átomos de nitrogênio e a forma na qual a maioria do nitrogênio existe. Somente em ambientes muito agressivos, como na ionosfera, o dinitrogênio pode ser reunido em cadeias mais longas de nitrogênio, formando íons N4, mas ainda assim com vida útil muito curta.

Apesar da inércia do dinitrogênio, a natureza é capaz de usá-lo como matéria-prima importante para todos os tipos de organismos vivos. Nos sistemas biológicos, a forte ligação nitrogênio-nitrogênio da molécula N2 pode ser clivada para produzir amônia (NH3), que então se torna a fonte de nitrogênio para toda a cadeia alimentar na Terra.

A indústria imita esse mecanismo há mais de um século, usando o famoso processo Haber-Bosch para quebrar o nitrogênio e produzir amônia, que é então utilizada para fabricar fertilizantes, pigmentos, combustíveis, fármacos e uma lista enorme de outros produtos.

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Outra alternativa é fabricar fertilizantes usando luz.
[Imagem: Al Hicks/NREL]

Redução do dinitrogênio

A produção de compostos que contêm cadeias de dois, três ou quatro átomos de nitrogênio requer a remontagem de moléculas de mono-nitrogênio porque não existia reação direta que pudesse conectar diretamente moléculas de dinitrogênio.

Agora, Marc-André Légaré e seus colegas das universidades Julius-Maximilians, Wurzburg e Goethe descobriram uma reação química completamente nova para fazer justamente isso.

O novo processo usa moléculas contendo boro para acoplar diretamente duas moléculas de N2 a uma cadeia N4. Pela primeira vez, eles conseguiram acoplar diretamente duas moléculas de nitrogênio atmosférico N2 sem antes terem que dividir o dinitrogênio em amônia, evitando assim o processo Haber-Bosch. Este novo método pode permitir a geração direta de cadeias mais longas de nitrogênio.

A nova via de síntese funciona sob condições amenas - menos 30 graus Celsius e uma pressão de quatro atmosferas de nitrogênio - e também não requer um catalisador de metal de transição, ao contrário de quase todas as reações biológicas e industriais de nitrogênio.

A equipe focou os experimentos na incorporação das cadeias de nitrogênio em moléculas orgânicas que são relevantes para a medicina e a indústria farmacêutica, especialmente a produção de uma variante especial de nitrogênio, um isótopo chamado 15N.

O próximo passo será testar a nova rota para produzir uma gama maior de produtos.

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