Travaux menés par le groupe de recherche du professeur Steve Liddle et publiés dans la prestigieuse revue Chimie de la nature a signalé une molécule d'uranium diazote qui, selon la théorie chimique de base, ne devrait pas exister. La molécule qui enfreint les règles pourrait avoir des implications pour l'activation du diazote, qui est une molécule essentielle pour la production d'engrais.

Environ 450 millions de tonnes d'engrais sont produites chaque année à partir d'ammoniac issu du procédé Haber Bosch, et c'est l'engrais qui sous-tend la vie sur Terre. Chez Haber Bosch, le diazote se lie aux métaux à la surface du catalyseur et est divisé. Il réagit ensuite avec le dihydrogène pour produire de l'ammoniac.

Compte tenu de la vaste échelle sur laquelle Haber Bosh opère, Depuis de nombreuses années, on s'intéresse à la façon dont le diazote se lie aux métaux du tableau périodique dans les complexes moléculaires, car ces espèces peuvent être étudiées en détail atomique, car cela nous informe sur les étapes clés de liaison et de division chez Haber Bosch. Cela représente la plupart des demandes d'énergie de ce processus.

L'un des secrets les mieux gardés de Haber Bosch est que, bien que le fer soit le catalyseur de choix, l'uranium est en fait un catalyseur supérieur, et il y a donc un intérêt à savoir comment l'uranium se lie au diazote.

Le diazote est ostensiblement l'une des pires molécules à se lier aux métaux. En effet, il est si inerte qu'il est généralement utilisé comme atmosphère protectrice pour les synthèses chimiques, et dans les emballages alimentaires pour éviter que les aliments ne s'envolent. Cependant, dans certaines circonstances, la liaison du diazote aux métaux peut être encouragée, et dans ce modèle, le métal doit être dans un état d'oxydation faible et être suffisamment riche en électrons pour participer à la liaison, grâce à quoi le diazote donne une densité électronique au métal et le métal effectue un va-et-vient.

Il s'ensuit qu'un métal à haut degré d'oxydation et pauvre en électrons ne devrait pas pouvoir s'engager dans ce modèle de collage car il ne devrait pas pouvoir s'engager dans la partie réciproque du collage.

La molécule rapportée dans l'étude est un état d'oxydation élevé, métal pauvre en électrons, pourtant il se lie au diazote, l'un des pires ligands possibles. Par conséquent, la molécule ne doit pas exister, pourtant c'est le cas. L'hypothèse de travail expliquant pourquoi la molécule peut se former est que l'uranium est lié à trois ligands donneurs extrêmement puissants, et malgré son état d'oxydation élevé, ces trois ligands rendent l'uranium globalement exceptionnellement riche en électrons, et cela outrepasse les restrictions habituelles sur le modèle de liaison.

Cet ouvrage réécrit une règle fondamentale de la chimie, et peut avoir des implications plus larges, parce qu'une grande partie de la chimie d'activation du diazote repose sur l'hypothèse que des métaux à faible état d'oxydation sont nécessaires. Cependant, cette étude montre maintenant que les métaux à haut degré d'oxydation, dans les bonnes circonstances, pourrait également prendre en charge une nouvelle chimie d'activation du diazote.

Ces connaissances permettront aux scientifiques de réfléchir différemment sur la façon de relever les défis de l'activation du diazote, et pourrait même influencer les études du procédé Haber Bosch.