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 ​​հնչյունային ինժեների» աշխատանքում, ինչպես ինքն է ասում, նա հետաքրքրված է ոչ միայն իր մեջ առաջացող ռեակցիաներով, այլև նոր ռեակցիաներ հրահրելով:
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 նախագծեցին կատալիզատոր՝ իրենց ցանկալի ռեակցիան ուղղորդելու համար, և այն տեղի ունեցավ։ 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 Քոնգի ֆակուլտետի Քայլ Լանկաստերը նշել է, որ Կոնգի մոտեցումը լավ է համապատասխանում Լանկաստերի «հայտնագործությունների վրա հիմնված» մոտեցմանը: «Ռիչարդը գաղափար ուներ օգտագործել անագը՝ իր քիմիան բարելավելու համար, ինչը երբեք իմ սցենարում չի եղել», - ասել է Լանկաստերը: «Դա կատալիզատոր է ածխաթթու գազի ընտրողական փոխակերպման համար ավելի արժեքավոր բանի, և ածխաթթու գազը մեծ բացասական արձագանք է ստանում մամուլում»:
Կոնգը և նրա համագործակիցները վերջերս հայտնաբերել են մի համակարգ, որը որոշակի պայմաններում կարող է ածխաթթու գազը վերածել մրջնաթթվի։
«Չնայած մենք ներկայումս մոտ չենք ժամանակակից ռեակտիվությանը, մեր համակարգը խիստ կարգավորելի 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 լավ. դուք կարող եք ավելի արագ մոլեկուլներ ստեղծել»:
Որպես Կլարմանի կրթաթոշակառու, Կոնգը նաև աշխատում է նիտրատները՝ ջրային ուղիներ ներթափանցող տարածված թույները, շրջակա միջավայրից անվնաս նյութի վերածելու ուղղությամբ, ասում է նա։
Կոնգը փորձարկումներ է կատարել տարածված երկրային մետաղների, ինչպիսիք են ալյումինը և անագը, որպես կատալիզատորներ: 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 պարզում ենք, թե ինչպես պատրաստել կատալիզատորներ, որտեղ այս մետաղներից երկուսը փոխազդում են միմյանց հետ», - ասաց Կոնգը: «Օգտագործելով երկու մետաղ շրջանակում, ի՞նչ տեսակի ռեակցիաներ և հետաքրքիր հարցեր կարող ենք ստանալ երկմետաղական համակարգերից»: «Քիմիական ռեակցիա՞»:
Ըստ Կոնգի, կառուցվածքը քիմիական միջավայրն է, որտեղ գտնվում են այս մետաղները։
Վերջին 70 տարիների ընթացքում քիմիական փոխակերպումների հասնելու համար ընդունված է եղել օգտագործել մեկ մետաղական կենտրոն, սակայն վերջին տասնամյակում ոլորտի քիմիկոսները սկսել են ուսումնասիրել երկու քիմիապես կապված կամ հարակից մետաղների միջև սիներգետիկ փոխազդեցությունները։ ,- ասել է Քոնգը,- 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 հիմքին, բայց լավ է խզում կապերը, կարող է աշխատել մեկ այլ մետաղական կենտրոնի հետ, որը վատ է խզում կապերը, բայց լավ է կապվում հիմքին: 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: «Երկմետաղական կատալիզացիայի ոլորտում սկսում են ի հայտ գալ որոշ իսկապես եզակի և հրաշալի ռեակցիաներ»:
Կոնգն ասաց, որ դեռևս մեծ անորոշություն կա այն մասին, թե ինչպես են մետաղները միմյանց հետ կապվում մոլեկուլային ձևերով: Նա նույնքան ոգևորված էր քիմիայի գեղեցկությամբ, որքան արդյունքներով: Կոնգին բերեցին Լանկաստերի լաբորատորիա՝ ռենտգենյան սպեկտրոսկոպիայի ոլորտում իրենց փորձագիտության համար:
«Դա սիմբիոզ է», - ասաց Լանկաստերը: «Ռենտգենյան սպեկտրոսկոպիան օգնեց Ռիչարդին հասկանալ, թե ինչ էր թաքնված կափարիչի տակ և ինչն էր դարձնում անագը հատկապես ռեակտիվ և ընդունակ այս քիմիական ռեակցիայի: Մենք օգտվում ենք նրա հիմնական խմբերի քիմիայի վերաբերյալ լայնածավալ գիտելիքներից, որոնք բացվել են նոր ոլորտում»:
Ամեն ինչ կախված է քիմիայի հիմնական գիտելիքներից և հետազոտություններից, մի մոտեցում, որը հնարավոր է դարձել Բաց Կլարմանի կրթաթոշակի շնորհիվ, ասաց Կոնգը։
«Սովորաբար ես կարող եմ ռեակցիան անցկացնել լաբորատորիայում կամ նստել համակարգչի մոտ և մոդելավորել մոլեկուլը», - ասաց նա: «Մենք փորձում ենք ստանալ քիմիական ակտիվության որքան հնարավոր է ամբողջական պատկերը»: