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Anorganik: Stärkste Bindung einfach geknackt

Elementarer Stickstoff, der den größten Teil unserer Atmosphäre ausmacht, gehört zu den stabilsten chemischen Verbindungen. Um das N2 für die Kunststoffindustrie oder für landwirtschaftliche Zwecke zu knacken und reaktionsfähig zu machen, bedarf es momentan meist noch eines hohen Aufwands. Nun haben Forscher um Donald Knobloch von der Cornell University einen Weg entdeckt, um die starken Bindungskräfte im Stickstoffgas wie auch in Kohlenmonoxid relativ einfach und schon bei Zimmertemperatur zu überwinden.

N2 ist chemisch sehr träge, und die beiden Atome sind fest über eine Dreifachbindung miteinander verbunden. Mit Hilfe einer Lösung, in der Knobloch und sein Team einen organometallischen Katalysator auf Hafniumbasis mit dem Stickstoff zusammenbrachten und der sie anschließend Kohlenmonoxid zuführten, konnten die Wissenschaftler das N2-Molekül bereits bei moderaten Temperaturen und geringem Druck aufspalten: Elektronen aus dem Kohlenstoff und des Hafniums sorgten dafür, dass sich die Dreifachbindung trennte. Die beiden entstehenden Stickstoffionen reagierten sogleich mit dem Kohlenstoff zu einer neuen Verbindung, aus der bei Zugabe einer schwachen Säure schließlich die Agrarchemikalie Oxamid wurde – ein so genannter Depotdünger, der sich nur schwer in Wasser löst und so seine nährenden Bestandteile langfristig abgibt.

Wichtiger noch könnte die Entdeckung aber für die Kunststoffindustrie sein, da man unter anderem bei der Produktion von Nylon auf Stickstoff-Kohlenstoff-Verbindungen angewiesen ist. Bisher gelangten die Chemiker über einen Umweg mit Ammonium an diesen Stoff, was jedoch energie-, arbeits- und kostenaufwändiger ist. Hier könnte der neu entdeckte Katalysator einen direkten Lösungsweg bieten. (dl)

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