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 skaņu inženieris", kā viņš pats saka, viņu interesē ne tikai reakcijas, kas rodas viņā pašā, bet arī jaunu reakciju provocēšana.
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 katalizatoru, lai vadītu vēlamo reakciju, un tā arī notika. 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 Kongas Universitātes profesors Kails Lankasters, Kongas pieeja labi atbilst Lankastera laboratorijas “uz atklājumiem balstītajai” pieejai. “Ričardam radās ideja izmantot alvu, lai uzlabotu savu ķīmiju, kas nekad nebija manā iecerē,” sacīja Lankasters. “Tas ir katalizators selektīvai oglekļa dioksīda pārveidošanai par kaut ko vērtīgāku, un oglekļa dioksīds saņem daudz negatīvas publicitātes.”
Kongs un viņa līdzstrādnieki nesen atklāja sistēmu, kas noteiktos apstākļos var pārvērst oglekļa dioksīdu skudrskābē.
“Lai gan pašlaik mēs neesam tuvu jaunākajām reaktivitātes iespējām, mūsu sistēma ir ļoti konfigurējama,” sacīja Kongs. “Tāpēc 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 — molekulas var radīt ātrāk.”
Kā Klarmana biedrs, Kongs strādā arī pie tā, lai nitrātus, izplatītus mēslošanas līdzekļus, kas toksiski iesūcas ūdensceļos, no apkārtējās vides pārvērstu par kaut ko nekaitīgu, viņš saka.
Kongs eksperimentēja ar tādiem izplatītiem zemes metāliem kā alumīnijs un alva kā katalizatoriem. Viņš teica, ka šie metāli ir lēti, netoksiski un plaši sastopami Zemes garozā, tāpēc to izmantošana neradīs ilgtspējības problēmas.
“Mēs arī pētām, kā izveidot katalizatorus, kuros divi no šiem metāliem mijiedarbojas viens ar otru,” sacīja Kongs. “Izmantojot divus metālus ietvarā, kādas reakcijas un interesantus jautājumus mēs varam iegūt no bimetāliskām sistēmām?” “Ķīmiskā reakcija?”
Saskaņā ar Kongu, sastatnes ir ķīmiskā vide, kurā atrodas šie metāli.
Pēdējo 70 gadu laikā ķīmisko pārvērtību veikšanai parasti tiek izmantots viens metāla centrs, taču pēdējās desmitgades laikā ķīmiķi šajā jomā ir sākuši pētīt sinerģisku mijiedarbību starp diviem ķīmiski saistītiem vai blakus esošiem metāliem. Kongs teica: "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 sarauj saites, var darboties ar citu metāla centru, kas slikti sarauj saites, bet labi saistās ar substrātiem. Otrā metāla klātbūtne ietekmē arī pirmā metāla īpašības.
"Starp diviem metālu centriem var sākt novērot to, ko mēs saucam par sinerģisku efektu," sacīja Kongs. "Bimetāla katalīzes jomā sāk parādīties dažas patiesi unikālas un brīnišķīgas reakcijas."
Kongs teica, ka joprojām pastāv liela neskaidrība par to, kā metāli molekulārās formās savstarpēji saistās. Viņu tikpat ļoti sajūsmināja pašas ķīmijas skaistums, cik rezultāti. Kongs tika atvests uz Lankasteras laboratoriju viņu rentgenstaru spektroskopijas zināšanu dēļ.
“Tā ir simbioze,” sacīja Lankasters. “Rentgenstaru spektroskopija palīdzēja Ričardam saprast, kas slēpjas zem pārsega un kas padara alvu īpaši reaģētspējīgu un spējīgu uz šo ķīmisko reakciju. Mēs gūstam labumu no viņa plašajām zināšanām par galveno grupu ķīmiju, kas ir pavērusi ceļu jaunā jomā.”
Viss atkarīgs no pamata ķīmijas un pētījumiem, un šo pieeju ir nodrošinājusi Atvērtā Klarmana stipendija, sacīja Kongs.
“Parasti es varu vadīt reakciju laboratorijā vai sēdēt pie datora un simulēt molekulu,” viņš teica. “Mēs cenšamies iegūt pēc iespējas pilnīgāku ķīmiskās aktivitātes ainu.”