Phản ứng mới để phá vỡ các liên kết hóa học
mạnh: liên kết trong phân
Nguồn: vietbao.vn
Suốt thập kỷ vừa qua, các nhà hóa học công nghiệp phải dựa vào nhiệt độ
hoặc áp suất cao để phá vỡ các liên kết mạnh trong phân tử nitrogen. Từ đó, họ có
thể sử dụng nitrogen từ khí quyển để sản xuất phân bón, chất nổ, và những sản
phẩm hiện đại khác.
Ngày nay, các nhà nghiên cứu đã tìm ra cách để cắt phân tử nitrogen dưới
điều kiện êm dịu hơn trong môi trương lỏng, một giải pháp có thể là một bước mở
đầu cho hàng loạt các công nghệ năng lượng có hiệu quả cho việc tạo thành các
hợp chất có chứa nitrogen.
Ba liên kết trong phân tử nitrogen là một trong những liên kết có sức hút
hóa học mạnh nhất đối với các nguyên tử xung quanh. Trong thiên nhiên, chỉ có
sức mạnh hàng ngàn volt của sấm sét, hoặc enzym của các vi khuẩn trong đất và
nấm là có thể phân cắt phân tử nitrogen.
Vào cuối thế kỷ này, các nhà hóa học Đức Fritz Haber và Carl Bosch đã
phát minh và phát triển một phương pháp mang tính kinh tế cho việc phân cắt các
phân tử nitrogen, một phát minh tuyệt vời đã mang lại cho họ một giải Nobel hóa
học. Ngày nay đã có nhiều nhà máy sử dụng quy trình Haber-Bosch để tạo hơn
100 tỉ tấn ammonia hàng năm cho nền công nghiệp hóa học và phân bón.
Tuy nhiên quy trình Haber-Bosch cũng có những điểm yếu, nhiệt độ tối ưu
ở giữa 400oC –500oC và ở áp suất gấp 400 lần so với áp suất của khí quyển tại mặt
nước biển. Do đó, các nhà hóa học đã tiếp tục nghiên cứu trong thời gian dài để
tìm một phương pháp thay thế quy trình Haber-Bosch, Chirik và đồng nghiệp của
anh ta đã đề nghị một phương pháp khác ít cực đoan hơn.
Nguyên tắc cơ bản của phản ứng hóa học mới này là sự biến đổi một cách
tinh vi hợp chất ban đầu thành một hợp chất có chứa zirconium, gồm hai bản copy
của nhóm hóa học có phân tử lượng lớn, được gọi là methylated cyclopentadienyl
có khung cơ bản là một vòng chứa năm phân tử carbon. Với nhóm methyl, hay
CH3, được gắn với mỗi phân tử carbon trên vòng này, phân tử này lớn đến nổi
chúng có thể liên kết với chỉ một phần cuối của phân tử nitrogen.
Chirik và các đồng nghiệp đã phát hiện ra rằng khi một nhóm methyl bị
tách ra khỏi vòng thì phức hợp với kích thước thật sẽ tiến gần đến cả hai nguyên tử
trong phân tử nitrogen và chuyển một electron đến phân tử khác. Phản ứng cho
điện tử từng cặp này có thể diễn ra trong môi trường hữu cơ lỏng ở 1000C và ở áp
suất khôngkhí, phá vỡ cả ba liên kết trong nitrogen. Sau đó, các phản ứng tiếp theo
diễn ra trong môi trường lỏng tương tự để kết thúc việc phân cắt phân tử nitrogen
và cộng phân tử hydrogen để tạo thành ammonia.
Nhiều công ty đã chấp nhận đầu tư vốn để đưa công nghệ mới này đem đi
ứng dụng thực tế. Chirik cho rằng có thể phát triển thêm để tạo được nồng độ
nitrogen cao, từ đó đi sâu vào y dược, thuốc nhuộm và các ngành hóa học công
nghiệp khác.
