Jak to? V první světové válce totiž Británie sevřela Německo námořní blokádou. Do země nemohla mj. proudit dusíkatá hnojiva. Bez schopnosti je vyrábět průmyslově by německé zemědělství nemohlo vůbec zajistit zásobování místního obyvatelstva (jistěže, podobně jako jiné „virtuální dějiny“ je tohle poněkud hraní si kdyby-kdyby…).
Problém se syntézou amoniaku z vodíku a dusíku je v tom, že dusíku se do reakce rozhodně nechce. Ačkoliv za vysokého tlaku by šipka rovnováhy měla být posunuta směrem k syntéze a reakce probíhat exotermicky, moc to takhle nefunguje; rychlost reakce je neznatelná. Trojná vazba v molekule dusíku N2 je pořádně pevná – ostatně dusík ve vzduchu nezačne hořet ani při požárech a oxidy dusíku vyžadují pro svůj vznik molekulu nejdřív rozbít (blesk, kosmické záření…).
Vznik amoniaku přímou reakcí dusíku s vodíkem se ale rozběhne po přidání katalyzátoru – i když stále vyžaduje vysokou teplotu a tlak. Fritz Haber a Carl Bosch přišli v roce 1908 (tedy právě krátce před první světovou válkou) s průmyslově použitelnou metodou pomocí katalýzy pórovitým železem.
Zajímavé je, že 100 let od té doby se ale stále pořádně neví, proč a jak to takhle funguje. Patrick Holland z University of Rochester nyní vedl tým, který se záhadě pokusil přijít na kloub. V časopisu Science uvedli, že reakci je kvůli podmínkám obtížné studovat přímo. Zkusili proto proces napodobit v roztoku. Komplex iontů železa s draslíkem pak dokázal rozbít trojnou vazbu v molekule dusíku. Vznik nový komplex, kde základem molekuly bylo Fe3N2. Podobně tedy asi probíhá i klasický postup.
Tento komplex pak reagoval v kyselém prostředí s vodíkem, přičemž vznikl amoniak. Podobnou reakci zatím v roztoku nikdo neuskutečnil.
Haber-Boschova syntéza asi kvůli tomu nevyklidí pole. V tomto případě bylo totiž potřeba složité (a drahé) přípravy katalytického komplexu, na druhé straně ale zase nebyla nutná vysoká teplota a tlak. Třeba se oba postupy podaří nějak zkombinovat. Uvedenou metodou by se ze záporně nabitých iontů dusíku mohl vytvářet nejen amoniak, ale i nitridy (sloučeniny dusíky v oxidačním stupni -III).
Zdroj: Eurekalert a další
Poznámky:
– Atmosferický dusík jsou schopné vázat do živé hmoty některé bakterie. Enzymatická fixace dusíku je ale poměrně složitá a kdo ji umí, je vítaným partnerem do symbiózy (eukaryotické organismy to samy nezvládnou).
– Není jasné, zda vstupní sloučenina železa byla „rozpuštěna“ v pravém smyslu nebo zda šlo o suspenzi, zda další reakce byla s vodíkem nebo vodíkovým kationtem…
– Na obrázku je zelená skalice, jedna z rozpustných forem železa.
