Քիմիական ռեակցիաներ տեղի են ունենում մեր շուրջը անընդհատ՝ ակնհայտ է, երբ մտածում ես դրա մասին, բայց մեզանից քանի՞սն է դա անում, երբ մեքենա ենք վառում, ձու ենք եփում կամ պարարտացնում մեր մարգագետինը։
Քիմիական կատալիզացիայի մասնագետ Ռիչարդ Կոնգը մտածում է քիմիական ռեակցիաների մասին: Իր՝ որպես «մասնագիտական ​​​​կարգավորողի» աշխատանքում, ինչպես ինքն է ասում, նա հետաքրքրված է ոչ միայն ինքնուրույն առաջացող ռեակցիաներով, այլև նոր ռեակցիաների նույնականացմամբ:
Որպես Արվեստի և գիտությունների քոլեջի քիմիայի և քիմիական կենսաբանության գծով Քլարմանի անվան կրթաթոշակառու, Կոնգը աշխատում է քիմիական ռեակցիաները ցանկալի արդյունքների հասցնելուն տանող կատալիզատորների մշակման ուղղությամբ՝ ստեղծելով անվտանգ և նույնիսկ արժեք ավելացնող արտադրանք, այդ թվում՝ այնպիսիք, որոնք կարող են դրական ազդեցություն ունենալ մարդու առողջության վրա։ Չորեքշաբթի։
«Քիմիական ռեակցիաների զգալի մասը տեղի է ունենում առանց օգնության», - ասաց Կոնգը՝ նկատի ունենալով ածխաթթու գազի արտանետումը, երբ մեքենաները այրում են բրածո վառելիք: «Սակայն ավելի բարդ և բարդ քիմիական ռեակցիաները տեղի չեն ունենում ավտոմատ կերպով: Ահա թե որտեղ է գործի դրվում քիմիական կատալիզը»:
Կոնգը և նրա գործընկերները մշակեցին կատալիզատորներ՝ ուղղորդելու իրենց ցանկալի ռեակցիաները: Օրինակ՝ ածխաթթու գազը կարող է վերածվել մրջնաթթվի, մեթանոլի կամ ֆորմալդեհիդի՝ ընտրելով ճիշտ կատալիզատորը և փորձարկելով ռեակցիայի պայմանները:
Քիմիայի և քիմիական կենսաբանության պրոֆեսոր (A&S) և Կոնգի մոդերատոր Քայլ Լանկաստերի խոսքով՝ Կոնգի մոտեցումը լավ է համապատասխանում Լանկաստերի լաբորատորիայի «հայտնագործությունների վրա հիմնված» մոտեցմանը: «Ռիչարդը գաղափար ուներ օգտագործել անագը՝ իր քիմիան բարելավելու համար, ինչը երբեք իմ սցենարում չի եղել», - ասաց Լանկաստերը: «Նա ունի կատալիզատոր, որը կարող է ընտրողաբար ածխաթթու գազը, որի մասին մամուլում շատ են խոսում, վերածել ավելի արժեքավոր բանի»:
Կոնգը և նրա համագործակիցները վերջերս հայտնաբերել են մի համակարգ, որը որոշակի պայմաններում կարող է ածխաթթու գազը վերածել մրջնաթթվի։
«Չնայած մենք դեռևս չենք հասել արձագանքման մակարդակին, մեր համակարգը խիստ հարմարեցվող է», - ասաց Կոնգը: «Այսպիսով, մենք կարող ենք սկսել ավելի խորը հասկանալ, թե ինչու են որոշ կատալիզատորներ ավելի արագ աշխատում, քան մյուսները, ինչու են որոշ կատալիզատորներ բնույթով ավելի լավը: Մենք կարող ենք փոփոխել կատալիզատորների պարամետրերը և փորձել հասկանալ, թե ինչն է ստիպում այդ բաներն ավելի արագ աշխատել, քանի որ որքան արագ են դրանք աշխատում, այնքան ավելի լավ են աշխատում, այնքան արագ կարող եք մոլեկուլներ ստեղծել»:
Որպես Կլարմանի կրթաթոշակառու, Կոնգը նաև աշխատում է նիտրատները՝ ջրային ուղիների մեջ թունավոր կերպով ներթափանցող տարածված պարարտանյութ, շրջակա միջավայրից հեռացնելու և դրանք ավելի անվնաս նյութերի վերածելու ուղղությամբ, ասաց նա։
Կոնգը փորձարկումներ է կատարել՝ որպես կատալիզատորներ օգտագործելով երկրի մեջ հանդիպող մետաղները, ինչպիսիք են ալյումինը և անագը: Նա ասել է, որ այդ մետաղները էժան են, ոչ թունավոր և առատ են երկրի ընդերքում, ուստի դրանց օգտագործումը կայունության հետ կապված խնդիրներ չի առաջացնի:
«Մենք նաև աշխատում ենք այն ուղղությամբ, թե ինչպես պատրաստել կատալիզատորներ, որտեղ երկու մետաղ փոխազդում են միմյանց հետ», - ասաց Կոնգը: «Օգտագործելով երկու մետաղ մեկ շրջանակում, ի՞նչ ռեակցիաներ և հետաքրքիր քիմիական գործընթացներ կարող ենք ստանալ երկմետաղական համակարգերից»:
Անտառները քիմիական միջավայր են, որտեղ պահվում են այս մետաղները. դրանք կարևոր են այս մետաղների ներուժը բացահայտելու համար՝ իրենց գործը կատարելու համար, ինչպես որ ձեզ անհրաժեշտ է ճիշտ հագուստ՝ ճիշտ եղանակի համար, ասաց Կոնգը։
Վերջին 70 տարիների ընթացքում քիմիական անցումներ իրականացնելու համար ստանդարտը եղել է մեկ մետաղական կենտրոն օգտագործելը, սակայն վերջին տասնամյակում ոլորտի քիմիկոսները սկսել են ուսումնասիրել երկու մետաղների միությունը՝ կամ քիմիական, կամ մոտակա եղանակով։ Նախ, ասում է Կոնգը, «դա ձեզ ավելի շատ ազատության աստիճաններ է տալիս»։
Այս երկմետաղական կատալիզատորները քիմիկոսներին հնարավորություն են տալիս համատեղել մետաղական կատալիզատորները՝ հիմնվելով դրանց ուժեղ և թույլ կողմերի վրա, ասում է Կոնգը: Օրինակ, մետաղական կենտրոնը, որը վատ է կապվում հիմքերի հետ, բայց լավ է խզում կապերը, կարող է աշխատել մեկ այլ մետաղական կենտրոնի հետ, որը վատ է խզում կապերը, բայց լավ է կապվում հիմքերի հետ: Երկրորդ մետաղի առկայությունը նույնպես ազդում է առաջին մետաղի հատկությունների վրա:
«Դուք կարող եք սկսել ստանալ այն, ինչ մենք անվանում ենք սիներգիստական ​​էֆեկտ երկու մետաղական կենտրոնների միջև», - ասաց Կոնգը: «Բիմետաղական կատալիզացիայի ոլորտն արդեն սկսում է ցուցադրել իսկապես եզակի և հրաշալի ռեակտիվություն»:
Կոնգն ասաց, որ դեռևս շատ անորոշություններ կան այն մասին, թե ինչպես են մետաղները կապվում միմյանց հետ մոլեկուլային միացություններում: Նա նույնքան ոգևորված էր քիմիայի գեղեցկությամբ, որքան արդյունքներով: Կոնգին բերեցին Լանկաստերի լաբորատորիաներ՝ ռենտգենյան սպեկտրոսկոպիայի ոլորտում նրանց փորձագիտության համար:
«Դա սիմբիոզ է», - ասաց Լանկաստերը: «Ռենտգենյան սպեկտրոսկոպիան օգնեց Ռիչարդին հասկանալ, թե ինչ էր կատարվում կուլիսներում և ինչն է դարձնում անագը հատկապես ռեակտիվ և ընդունակ այս քիմիական ռեակցիայի: Մենք օգտվեցինք նրա հիմնական խմբերի քիմիայի վերաբերյալ լայնածավալ գիտելիքներից, որոնք խմբի համար բացեցին նոր ոլորտ մուտք գործելու դուռ»:
Ամեն ինչ կախված է քիմիայի հիմնական գիտելիքներից և հետազոտություններից, ասում է Կոնգը, և այս մոտեցումը հնարավոր է դարձել Բաց Կլարմանի կրթաթոշակի շնորհիվ։
«Սովորական օրը ես կարող եմ լաբորատորիայում ռեակցիաներ անցկացնել կամ համակարգչի առջև նստել՝ մոլեկուլներ սիմուլյացնելով», - ասաց նա: «Մենք փորձում ենք քիմիական ակտիվության որքան հնարավոր է ամբողջական պատկեր ստանալ»: