Ķīmiskās reakcijas notiek visapkārt mums visu laiku — acīmredzamas, ja par to padomā, bet cik daudzi no mums tās dara, iedarbinot automašīnu, vārot olu vai mēslojot zālienu?
Ķīmiskās katalīzes eksperts Ričards Kongs ir domājis par ķīmiskajām reakcijām. Savā darbā kā "profesionāls skaņotājs", kā viņš pats saka, viņš interesējas ne tikai par reakcijām, kas rodas pašas no sevis, bet arī par jaunu reakciju identificēšanu.
Kā Klarmana ķīmijas un ķīmiskās bioloģijas stipendiāts Mākslas un zinātņu koledžā, Kongs strādā pie katalizatoru izstrādes, kas virza ķīmiskās reakcijas uz vēlamajiem rezultātiem, radot drošus un pat pievienotās vērtības produktus, tostarp tādus, kas var pozitīvi ietekmēt cilvēka veselību. Trešdiena.
“Ievērojams daudzums ķīmisko reakciju notiek patstāvīgi,” sacīja Kongs, atsaucoties uz oglekļa dioksīda izdalīšanos, automašīnām sadedzinot fosilo kurināmo. “Taču sarežģītākas un sarežģītākas ķīmiskās reakcijas nenotiek automātiski. Šeit spēlē lomu ķīmiskā katalīze.”
Kongs un viņa kolēģi izstrādāja katalizatorus, lai vadītu vēlamās reakcijas. Piemēram, oglekļa dioksīdu var pārvērst skudrskābē, metanolā vai formaldehīdā, izvēloties pareizo katalizatoru un eksperimentējot ar reakcijas apstākļiem.
Kā norāda Ķīmijas un ķīmiskās bioloģijas (A&S) profesors un Konga moderators Kails Lankasters, Konga pieeja labi atbilst Lankastera laboratorijas “uz atklājumiem balstītajai” pieejai. “Ričardam radās ideja izmantot alvu, lai uzlabotu savu ķīmiju, kas nekad nebija manā scenārijā,” sacīja Lankasters. “Viņam ir katalizators, kas var selektīvi pārveidot oglekļa dioksīdu, par ko daudz runā presē, par kaut ko vērtīgāku.”
Kongs un viņa līdzstrādnieki nesen atklāja sistēmu, kas noteiktos apstākļos var pārvērst oglekļa dioksīdu skudrskābē.
“Lai gan mēs vēl neesam sasnieguši jaunāko tehnoloģiju atsaucības ziņā, mūsu sistēma ir ļoti pielāgojama,” sacīja Kongs. “Tādā veidā mēs varam sākt dziļāk izprast, kāpēc daži katalizatori darbojas ātrāk nekā citi, kāpēc daži katalizatori pēc savas būtības ir labāki. Mēs varam pielāgot katalizatoru parametrus un mēģināt saprast, kas liek šīm lietām darboties ātrāk, jo, jo ātrāk tās darbojas, jo labāk tās darbojas, jo ātrāk var izveidot molekulas.”
Viņš teica, ka kā Klarmana biedrs Kongs strādā arī pie tā, lai no vides izvadītu nitrātus — izplatītu mēslošanas līdzekli, kas toksiski iesūcas ūdensceļos, un pārvērstu tos nekaitīgākās vielās.
Kongs eksperimentēja ar tādu zemē atrodamu metālu kā alumīnija un alvas izmantošanu kā katalizatoriem. Viņš teica, ka šie metāli ir lēti, netoksiski un plaši sastopami Zemes garozā, tāpēc to izmantošana neradīs ilgtspējības problēmas.
"Mēs arī strādājam pie tā, kā izveidot katalizatorus, kuros divi metāli mijiedarbojas viens ar otru," sacīja Kongs. "Izmantojot divus metālus vienā struktūrā, kādas reakcijas un interesantus ķīmiskos procesus mēs varam iegūt no bimetāliskām sistēmām?"
Meži ir ķīmiskā vide, kurā šie metāli ir – tie ir kritiski svarīgi, lai atbrīvotu šo metālu potenciālu, lai tie varētu veikt savu darbu, tāpat kā jums ir nepieciešams atbilstošs apģērbs atbilstoši laikapstākļiem, sacīja Kongs.
Pēdējo 70 gadu laikā standarts ķīmisko pāreju sasniegšanai ir bijis izmantot vienu metāla centru, taču pēdējās desmitgades laikā ķīmiķi šajā jomā ir sākuši pētīt divu metālu savienojumu, vai nu ķīmiski, vai tuvu viens otram. Pirmkārt, saka Kongs: "Tas dod jums lielāku brīvības pakāpi."
Šie bimetāliskie katalizatori dod ķīmiķiem iespēju kombinēt metālu katalizatorus, pamatojoties uz to stiprajām un vājajām pusēm, saka Kongs. Piemēram, metāla centrs, kas slikti saistās ar substrātiem, bet labi noārda saites, var darboties kopā ar citu metāla centru, kas slikti noārda saites, bet labi saistās ar substrātiem. Otrā metāla klātbūtne ietekmē arī pirmā metāla īpašības.
"Starp abiem metālu centriem var sākt novērot to, ko mēs saucam par sinerģisku efektu," sacīja Kongs. "Bimetāla katalīzes jomā jau sāk parādīties patiesi unikāla un brīnišķīga reaģētspēja."
Kongs teica, ka joprojām pastāv daudz neskaidrību par to, kā metāli molekulārajos savienojumos savstarpēji saistās. Viņu tikpat ļoti sajūsmināja pašas ķīmijas skaistums, cik rezultāti. Kongs tika uzaicināts uz Lankasteras laboratorijām viņu rentgenstaru spektroskopijas pieredzes dēļ.
“Tā ir simbioze,” sacīja Lankasters. “Rentgenstaru spektroskopija palīdzēja Ričardam saprast, kas notiek aizkulisēs un kas padara alvu īpaši reaģētspējīgu un spējīgu uz šo ķīmisko reakciju. Mēs guvām labumu no viņa plašajām zināšanām par galveno grupu ķīmiju, kas grupai pavēra durvis uz jaunu jomu.”
Viss atkarīgs no pamata ķīmijas un pētījumiem, saka Kongs, un šo pieeju padara iespējamu Open Klarman stipendija.
“Parastā dienā es varu vadīt reakcijas laboratorijā vai sēdēt pie datora, simulējot molekulas,” viņš teica. “Mēs cenšamies iegūt pēc iespējas pilnīgāku priekšstatu par ķīmisko aktivitāti.”