ქიმიური რეაქციები ჩვენს გარშემო მუდმივად მიმდინარეობს — თუ დაფიქრდებით, ეს აშკარაა, მაგრამ რამდენი ჩვენგანი აკეთებს ამას მანქანის დაქოქვის, კვერცხის მოხარშვის ან გაზონისთვის განოყიერებისას?
ქიმიური კატალიზის ექსპერტი რიჩარდ კონგი ქიმიურ რეაქციებზე ფიქრობს. როგორც თავად ამბობს, „პროფესიონალი ტიუნერის“ საქმიანობაში ის არა მხოლოდ თავისით წარმოქმნილი რეაქციებით არის დაინტერესებული, არამედ ახალი რეაქციების იდენტიფიცირებითაც.
ხელოვნებისა და მეცნიერების კოლეჯში ქიმიისა და ქიმიური ბიოლოგიის დარგში კლარმანის სახელობის სტიპენდიანტის სტატუსით, კონგი მუშაობს კატალიზატორების შემუშავებაზე, რომლებიც ქიმიურ რეაქციებს სასურველ შედეგებამდე მიჰყავს, ქმნის უსაფრთხო და თუნდაც დამატებითი ღირებულების მქონე პროდუქტებს, მათ შორის ისეთებს, რომლებსაც შეუძლიათ დადებითი გავლენა მოახდინონ ადამიანის ჯანმრთელობაზე. ოთხშაბათი.
„ქიმიური რეაქციების მნიშვნელოვანი რაოდენობა დამოუკიდებლად მიმდინარეობს“, - თქვა კონგმა, რომელიც ავტომობილების მიერ წიაღისეული საწვავის დაწვის დროს ნახშირორჟანგის გამოყოფას გულისხმობდა. „თუმცა, უფრო რთული და კომპლექსური ქიმიური რეაქციები ავტომატურად არ ხდება. სწორედ აქ ერთვება ქიმიური კატალიზი“.
კონგმა და მისმა კოლეგებმა შეიმუშავეს კატალიზატორები, რათა წარმართონ მათთვის სასურველი რეაქციები. მაგალითად, ნახშირორჟანგი შეიძლება გარდაიქმნას ჭიანჭველმჟავად, მეთანოლად ან ფორმალდეჰიდად სწორი კატალიზატორის არჩევით და რეაქციის პირობებთან ექსპერიმენტებით.
ქიმიისა და ქიმიური ბიოლოგიის პროფესორისა (A&S) და კონგის მოდერატორის, კაილ ლანკასტერის თქმით, კონგის მიდგომა კარგად ერწყმის ლანკასტერის ლაბორატორიის „აღმოჩენებზე ორიენტირებულ“ მიდგომას. „რიჩარდს გაუჩნდა იდეა, რომ კალა გამოეყენებინა თავისი ქიმიური ნივთიერებების გასაუმჯობესებლად, რაც ჩემს სცენარში არასდროს ყოფილა“, - თქვა ლანკასტერმა. „მას აქვს კატალიზატორი, რომელსაც შეუძლია შერჩევითად გარდაქმნას ნახშირორჟანგი, რომელზეც პრესაში ბევრს საუბრობენ, უფრო ღირებულ ნივთიერებად“.
კონგმა და მისმა თანამშრომლებმა ცოტა ხნის წინ აღმოაჩინეს სისტემა, რომელსაც გარკვეულ პირობებში შეუძლია ნახშირორჟანგი ჭიანჭველმჟავად გარდაქმნა.
„მიუხედავად იმისა, რომ ჩვენ ჯერ კიდევ არ ვართ რეაგირების დონის მატარებლები, ჩვენი სისტემა ადვილად მორგებადია“, - თქვა კონგმა. „ამ გზით, ჩვენ შეგვიძლია დავიწყოთ უფრო ღრმად გაგება, თუ რატომ მუშაობს ზოგიერთი კატალიზატორი სხვებზე სწრაფად, რატომ არის ზოგიერთი კატალიზატორი თავისი არსით უკეთესი. ჩვენ შეგვიძლია შევცვალოთ კატალიზატორების პარამეტრები და ვეცადოთ გავიგოთ, რა იწვევს ამ ყველაფრის უფრო სწრაფად მუშაობას, რადგან რაც უფრო სწრაფად მუშაობენ ისინი, მით უკეთ მუშაობენ და მით უფრო სწრაფად შეგიძლიათ მოლეკულების შექმნა“.
მისი თქმით, კლარმანის სტიპენდიანტის რანგში, კონგი ასევე მუშაობს გარემოდან ნიტრატების, წყლის გზებში ტოქსიკურად შეღწევადი გავრცელებული სასუქის, მოცილებაზე და მათ უფრო უვნებელ ნივთიერებებად გარდაქმნაზე.
კონგმა ექსპერიმენტები ჩაატარა დედამიწაში არსებული ლითონების, როგორიცაა ალუმინი და კალა, კატალიზატორებად გამოყენებით. მისი თქმით, ეს ლითონები იაფი, არატოქსიკურია და დედამიწის ქერქში უხვადაა, ამიტომ მათი გამოყენება მდგრადობასთან დაკავშირებულ პრობლემებს არ შექმნის.
„ჩვენ ასევე ვმუშაობთ იმაზე, თუ როგორ შევქმნათ კატალიზატორები, სადაც ორი ლითონი ურთიერთქმედებს ერთმანეთთან“, - თქვა კონგმა. „ორი ლითონის ერთ ჩარჩოში გამოყენებით, რა რეაქციების და საინტერესო ქიმიური პროცესების მიღება შეგვიძლია ბიმეტალური სისტემებიდან?“
ტყეები ქიმიური გარემოა, რომელიც ამ ლითონებს შეიცავს - ისინი კრიტიკულად მნიშვნელოვანია ამ ლითონების პოტენციალის გამოსავლენად, რათა მათ თავიანთი ფუნქცია შეასრულონ, ისევე როგორც საჭიროა შესაფერისი ტანსაცმელი შესაფერისი ამინდისთვის, თქვა კონგმა.
ბოლო 70 წლის განმავლობაში, ქიმიური გადასვლების მისაღწევად სტანდარტი ერთი ლითონის ცენტრის გამოყენება იყო, მაგრამ ბოლო ათწლეულის განმავლობაში, ამ დარგის ქიმიკოსებმა დაიწყეს ორი ლითონის შეერთების შესწავლა, ქიმიურად ან ერთმანეთთან ახლოს. პირველ რიგში, ამბობს კონგი, „ეს გაძლევთ თავისუფლების მეტ ხარისხს“.
კონგის თქმით, ეს ბიმეტალური კატალიზატორები ქიმიკოსებს საშუალებას აძლევს, გააერთიანონ ლითონის კატალიზატორები მათი ძლიერი და სუსტი მხარეების მიხედვით. მაგალითად, ლითონის ცენტრი, რომელიც ცუდად უკავშირდება სუბსტრატებს, მაგრამ კარგად არღვევს ბმებს, შეიძლება იმუშაოს სხვა ლითონის ცენტრთან, რომელიც ცუდად არღვევს ბმებს, მაგრამ კარგად უკავშირდება სუბსტრატებს. მეორე ლითონის არსებობა ასევე მოქმედებს პირველი ლითონის თვისებებზე.
„შეგიძლიათ დაიწყოთ იმის მიღება, რასაც ჩვენ სინერგიულ ეფექტს ვუწოდებთ ორ ლითონის ცენტრს შორის“, - თქვა კონგმა. „ბიმეტალური კატალიზის სფერო უკვე იწყებს მართლაც უნიკალური და საოცარი რეაქტიულობის გამოვლენას“.
კონგის თქმით, ჯერ კიდევ ბევრი ბუნდოვანია იმის შესახებ, თუ როგორ უკავშირდება ლითონები ერთმანეთს მოლეკულურ ნაერთებში. ის ისევე აღფრთოვანებული იყო თავად ქიმიის სილამაზით, როგორც შედეგებით. კონგი ლანკასტერის ლაბორატორიებში რენტგენის სპექტროსკოპიის ექსპერტიზის გამო მიიყვანეს.
„ეს სიმბიოზია“, - თქვა ლანკასტერმა. „რენტგენის სპექტროსკოპიამ რიჩარდს დაეხმარა იმის გაგებაში, თუ რა ხდებოდა კულისებს მიღმა და რა ხდის კალა განსაკუთრებით რეაქტიულს და ამ ქიმიური რეაქციის უნარს. ჩვენ ვისარგებლეთ მისი ფართო ცოდნით ძირითადი ჯგუფების ქიმიის შესახებ, რამაც ჯგუფს ახალი სფეროს კარი გაუღო“.
კონგის თქმით, ყველაფერი საბაზისო ქიმიასა და კვლევაზეა დამოკიდებული და ეს მიდგომა შესაძლებელი გახდა ღია კლარმანის სტიპენდიის წყალობით.
„ჩვეულებრივ დღეს, შემიძლია ლაბორატორიაში რეაქციების ჩატარება ან მოლეკულების სიმულირების კომპიუტერთან ჯდომა“, - თქვა მან. „ჩვენ ვცდილობთ, ქიმიური აქტივობის რაც შეიძლება სრულყოფილი სურათი მივიღოთ“.