Polioxometalatoak: Elhuyar anaien ametsak bizirik dirau!

Beñat Artetxe, Santiago Reinoso, Juan M. Gutiérrez-Zorrilla

Juan José eta Fausto Elhuyar anaiek 1783. urtean wolframioa (W) lehen aldiz isolatzea lortu zuten. Ordutik hona, metal hau mundu guztian zehar erabiltzen da boligrafoen puntetan edo bonbilen filamentuetan. Ondorioz, Elhuyar anaien aurkikuntza Euskal Herrian zientziaren arloan egin den ekarpen unibertsalena dela baiezta genezake. Elementu berri bat aurkitzeaz gain, kimika ez-organikoaren alorrean garrantzi handia izango zuen arlo baten aitzindari izango ziren oharkabean: polioxometalatoen (POMen) kimika.

POMak metal eta oxigenoz osatutako kluster (atomo talde nanometrikoak) anionikoak dira [1]. Nazioartean, lehen aldiz POM bat sintetizatu zuen ikertzailea J. J. Berzelius izan zela esan ohi den arren, Elhuyar anaiek ia mende erdi lehenago prestatua zuten wolframioan oinarritutako (NH4)10[H2W12O42]·10H2O gatza, “hori koloreko konposatu mingots eta mina” bezala deskribatu zutena.

1. irudia: Polioxometalatoen egituren aniztasun ikaragarriaren isla. Kluster ohikoenen egitura molekularraren errepresentazio poliedrikoak eta berauen sailkapena iso- edo heteropolioxometalato bezala. Kolore kodea: MOx oktaedro grisak; XOx poliedro berdeak; espezie erraldoietako Mo atomo desberdinetako bakoitza kolore ezberdin batez adierazi da.

POMak oxidazio egoera altuenean dauden 5 eta 6. taldeetako trantsizio metalez (M) osaturik daude, ohikoenak banadioa, molibdenoa eta wolframioa izanik. Konposizioa aintzat hartuta, bi talde nagusitan bana daitezke: iso- (metal eta oxigenoz soilik osatuta daudenak) eta heteropolioxometalatoak (metal eta oxigenoaz gain, heteroatomo (X) izena duten elementu gehigarriak dituztenak).

Egiturari dagokionez, POMak MOx poliedroen kondentsazioaren ondorio dira, non oktaedrikoa (x = 6) geometria arruntena den. Unitate hauek erpinak edo ertzak partekatuz elkartu ohi dira 2 eta 368 zentro metaliko bitarteko egiturak eratuz. Laburbilduz, egituren aniztasun ikaragarria dimetalatoak bezalako anioi txikietatik proteinen tamaina duten kluster konplexuetara doala esan genezake (1.irudia).

Konposizio, egitura eta propietate elektronikoen aldetik erakusten duten aniztasun izugarriaren ondorioz, POMek aplikazio esparru zabala aurkitu dute besteak beste katalisian, materialen zientzian, nanoteknologian eta biomedikuntzan (2. irudia) [2]. Bereziki prozesu katalitikoetan erabiltzen dira POMak. Adibide azpimarragarria da berauen erabilera industriala etil azetatoa (tinta, farmako eta estalduren industrian oso arrunta) pauso bakarrean ekoizteko prozesuan.

2. irudia: Polioxometalatoen aplikazio eremu zabalaren inguruko zenbait adibide. Goialdean, uraren oxidazio fotokatalitikorako katalizatzaile heterogeneoa; erdialdean, material lumineszentea; behealdean, iman molekularra.

Teknologia honetan oinarrituta, British Petroleumek (BP) munduko etil azetato ekoizpen planta handiena eraiki zuen, 2011an Europan kontsumitu zen etil azetatoaren %56 suposatu zuelarik. Prozesu honek kontsumo energetikoaren %20 eta ekoiztutako hondakinen %35eko murrizketa suposatu zituen. Aplikazio katalitiko hutsetik haratago, POMek erlazioa dute gaur egungo energia iturri berriekin.

Erregai fosilen ordezkoa bilatu nahian, simulatu nahi den prozesuetako bat landareen fotosintesia da, non argi modura jasotzen den energia, energia kimiko bihurtzen den. Prozesu honetan, uraren disoziazioa POM bidezko erreakzio fotokatalitikoaz lor daiteke eguzki-argia erabiliz. Aipatutakoa, etorkizuneko erregaitza den H2 gasa lortzeko metodo garbi eta eraginkorrenetako bat litzateke, hauts erako katalizatzaile heterogeneoa uretan esekiduran mantentzea baino ez bailitzatekeelako behar.

Bestalde, lantanidoak (lur arraroak) dituzten POMak propietate oso interesgarriak aurkezten dute. Alde batetik, material hauek gai dira gizakiontzat ikusezina den argi ultramorea xurgatu eta argi ikuskorra igortzeko (fotolumineszentzia). Propietate hauek erabilera teknologiko anitzak aurki ditzakete, analisi biomedikoetan, zelula fotovoltaikoetan, transistore optikoetan, laserretan, edota LED diodoetan. Bestetik, ordenagailuetako disko gogorretan grabazio sistema magnetiko digitala erabiltzen da informazioa gordetzeko. Hauek domeinu magnetiko mikroskopikoez eratutako materialez osatuta daude. Muturreko kasua da iman molekularren erabilera. Izan ere, lantanido eta POMen arteko konbinazioa iman molekularrak (domeinu magnetiko ñimiñoena baino 1000 aldiz txikiagoa) prestatzeko bide ezin hobea dugu.

Sintesiak ematen dituen aukera mugagabeari esker, gaur egun ezagutzen diren aplikazioez gain, lan-esparru berriak ireki ditzakeela uste da. Izan ere, Elhuyar anaien ametsak oraindik ere bizirik dirau eta bizirik egoten jarraituko du datozen hamarkadetan ere.

Bibliografia:

[1] POPE, M.T. 1983. Heteropoly and Isopoly Oxometalates. Springer-Verlag, Berlin.

[2] SÉCHERESSE, F. Ed. 2013. Polyoxometalate Chemistry: Some Recent Trends. World Scientific, Singapur.

  • Aldizkaria: Ekaia
  • Zenbakia: Ekaia 32
  • Artikuluaren izena: Polioxometalatoak: Elhuyar anaien ametsak bizirik dirau!
  • Laburpena: Polioxometalatoak (POMak) kimika ez-organikoaren munduan ezagunak diren metalez eta oxigenoz osatutako kluster anionikoak dira. Azaldu ohi duten forma, konposizio eta propietate aniztasunaren ondorioz, POMek aplikazio ugari dituzte teknologiari, ekonomiari edo ingurugiroari lotutako arlo ezberdinetan. Nahiz eta aspaldidanik aplikazio katalitikoetan erabili, gaur egun etorkizunerako garrantzitsuak izango diren esparru oso ezberdinetarako ikertzen ari dira, besteak beste, hondakin-uren tratamenduan, medikuntzan, konputazio kuantikoan, energia-iturri berriztagarrietan edota sentsore kimiko lumineszenteetan. Horrengatik guztiagatik, polioxometalatoen kimika, etorkizun handiko kimika ez-organikoaren alorreko esparru dinamikoenetariko bat dela baiezta genezake.
  • Egileak: Beñat Artetxe, Santiago Reinoso, Juan M. Gutiérrez-Zorrilla
  • Argitaletxea: UPV/EHUko argitalpen zerbitzua
  • ISSN: 0214-9001
  • Orrialdeak: 97-112
  • DOI: 10.1387/ekaia.17686

—————————————————–
Egileez: Beñat Artetxe eta Juan M. Gutiérrez-Zorrilla UPV/EHUko Zientzia eta Teknlogia Fakultateko Kimika Ez-organikoa Sailekoak dira. Santiago Reinoso, bestalde, Nafarroako Unibertsitate Publikoko InaMat-Institute for Advanced Materialsekoa.

————————————————–
Ekaia aldizkariarekin lankidetzan egindako atala.

Eman iritzia

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>