Na ruim 100 jaar wordt eindelijk een beetje duidelijk hoe de vorming van ammoniak uit stikstof en waterstof via het Haber-Boschproces precies in zijn werk gaat. Dat claimen althans Patrick Holland (University of Rochester, VS) en collega’s in Science.

Tijdens dat Haber-Boschproces, dat wereldwijd de basis vormt van de kunstmestproductie, wordt allereerst de driedubbele binding in gasvormige stikstof (N₂) doorbroken. Duidelijk is dat dat de moeilijkste stap is. Van verschillende metalen is bekend dat ze dit katalyseren; het bekendst is de zogeheten Mittaschkatalysator die bestaat uit ijzer met een vleugje kaliumionen. Maar wat er precies op zo’n metaaloppervlak gebeurt, was tot nu toe totaal onduidelijk.

Holland en collega’s hebben nu een poging gedaan om deze heterogene katalyse na te bootsen in een oplossing met organo-ijzercomplex als homogene katalysator, ook weer met een vleugje kaliumzout er bij. Dit complex bleek inderdaad in staat om stikstof als het ware voor te bereiden op de vorming van NH₃, iets dat eerder eigenlijk nog nooit gelukt was.

Met röntgenkristallografie lukte het vervolgens om de verbinding in beeld te krijgen, die dit complex vormt met N₂. Het plaatje laat zien dat de stikstofkernen daadwerkelijk uit elkaar zijn getrokken en afzonderlijk aanwezig zijn als tweemaal N^3-. Een van de twee zit aan 3 ijzerkernen tegelijk vast; de andere omringt zich met 2 van diezelfde 3 ijzerkernen plus 2 kaliumionen.

Holland suggereert voorzichtig dat bij de Mittasch-katalysator dus mogelijk ook 3 ijzerkernen tegelijk betrokken zijn bij het splitsen van een N₂-molecuul, en dat de aanwezigheid van kaliumionen het proces het beslissende zetje geeft. Maar dat blijft nog een beetje speculeren.

bron: Science