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 ფიქრობდა. „პროფესიონალი ხმის ინჟინრის“ სამუშაოში, როგორც თავად ამბობს, ის დაინტერესებულია არა მხოლოდ მასში წარმოქმნილი რეაქციებით, არამედ ახლის პროვოცირებითაც.
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 შექმნეს კატალიზატორი, რომელიც მათ სასურველ რეაქციას წარმართავდა და ეს მოხდა კიდეც. მაგალითად, ნახშირორჟანგი შეიძლება გარდაიქმნას ჭიანჭველმჟავად, მეთანოლად ან ფორმალდეჰიდად სწორი კატალიზატორის არჩევით და რეაქციის პირობებთან ექსპერიმენტის ჩატარებით.
ქიმიისა და ქიმიური ბიოლოგიის პროფესორისა (A&S) და კონგის უნივერსიტეტის პროფესორის, 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. „ეს არის კატალიზატორი ნახშირორჟანგის უფრო ღირებულ ნივთიერებად შერჩევითი გარდაქმნისთვის და ნახშირორჟანგი დიდ უარყოფით რეპუტაციას იღებს“.
კონგმა და მისმა თანამშრომლებმა ცოტა ხნის წინ აღმოაჩინეს სისტემა, რომელსაც გარკვეულ პირობებში შეუძლია ნახშირორჟანგი ჭიანჭველმჟავად გარდაქმნა.
„მიუხედავად იმისა, რომ ამჟამად რეაქტიულობის უახლესი დონით დადგენილ დონესთან ახლოს არ ვართ, ჩვენი სისტემა ადვილად კონფიგურირებადია“, - თქვა კონგმა. „ამგვარად, შეგვიძლია უფრო ღრმად გავიგოთ, თუ რატომ მუშაობს ზოგიერთი კატალიზატორი სხვებზე სწრაფად, რატომ არის ზოგიერთი კატალიზატორი თავისთავად უკეთესი. შეგვიძლია დავარეგულიროთ კატალიზატორების პარამეტრები და ვეცადოთ გავიგოთ, რა იწვევს ამ ყველაფრის უფრო სწრაფად მუშაობას, რადგან რაც უფრო სწრაფად მუშაობენ ისინი, მით უკეთესი - შეგიძლიათ უფრო სწრაფად შექმნათ მოლეკულები“.
მისი თქმით, კლარმანის სტიპენდიანტის რანგში, კონგი ასევე მუშაობს ნიტრატების, წყლის გზებში ტოქსიკურად ჩამდინარე ჩვეულებრივი სასუქების, გარემოდან უვნებელ ნივთიერებად გარდაქმნაზე.
კონგმა კატალიზატორებად ისეთი გავრცელებული დედამიწის ლითონები, როგორიცაა ალუმინი და კალა, ექსპერიმენტები ჩაატარა. მისი თქმით, ეს ლითონები იაფი, არატოქსიკური და დედამიწის ქერქში უხვადაა, ამიტომ მათი გამოყენება მდგრადობასთან დაკავშირებულ პრობლემებს არ შექმნის.
„ჩვენ ასევე ვსწავლობთ, თუ როგორ შევქმნათ კატალიზატორები, სადაც ეს ორი ლითონი ურთიერთქმედებს ერთმანეთთან“, - თქვა კონგმა. „ჩარჩოში ორი ლითონის გამოყენებით, რა სახის რეაქციები და საინტერესო კითხვები შეგვიძლია მივიღოთ ბიმეტალური სისტემებიდან?“ „ქიმიური რეაქცია?“
კონგის თქმით, ხარაჩოები არის ქიმიური გარემო, რომელშიც ეს ლითონები ბინადრობენ.
ბოლო 70 წლის განმავლობაში, ქიმიური გარდაქმნების მისაღწევად ნორმა ერთი ლითონის ცენტრის გამოყენება იყო, მაგრამ ბოლო ათწლეულის განმავლობაში, ამ დარგის ქიმიკოსებმა დაიწყეს ორ ქიმიურად დაკავშირებულ ან მომიჯნავე ლითონს შორის სინერგიული ურთიერთქმედების შესწავლა. კონგის თქმით, „ეს თავისუფლების მეტ ხარისხს გაძლევთ“.
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 ორ მეტალურ ცენტრს შორის სინერგიულ ეფექტს ვუწოდებთ“, - თქვა კონგმა. „ბიმეტალური კატალიზის სფეროში რამდენიმე მართლაც უნიკალური და საოცარი რეაქცია იწყება“.
კონგის თქმით, ჯერ კიდევ ბევრი გაურკვევლობაა იმის შესახებ, თუ როგორ უკავშირდება ლითონები ერთმანეთს მოლეკულურ ფორმებში. ის ისევე აღფრთოვანებული იყო თავად ქიმიის სილამაზით, როგორც შედეგებით. კონგი ლანკასტერის ლაბორატორიაში რენტგენის სპექტროსკოპიის ექსპერტიზის მისაღებად მიიყვანეს.
„ეს სიმბიოზია“, - თქვა ლანკასტერმა. „რენტგენის სპექტროსკოპიამ რიჩარდს დაეხმარა იმის გაგებაში, თუ რა იმალებოდა „კაპიუშონის“ ქვეშ და რა ხდიდა კალა განსაკუთრებით რეაქტიულს და ამ ქიმიური რეაქციის უნარს. ჩვენ ვსარგებლობთ მისი ფართო ცოდნით ძირითადი ჯგუფების ქიმიის შესახებ, რამაც ახალ სფეროში გაიხსნა“.
კონგის თქმით, ყველაფერი საბაზისო ქიმიასა და კვლევაზეა დამოკიდებული, რაც ღია კლარმანის სტიპენდიის წყალობით გახდა შესაძლებელი.
„ჩვეულებრივ, შემიძლია რეაქცია ლაბორატორიაში გავატარო ან კომპიუტერთან დავჯდე და მოლეკულა სიმულირება მოვახდინო“, - თქვა მან. „ჩვენ ვცდილობთ, ქიმიური აქტივობის რაც შეიძლება სრულყოფილი სურათი მივიღოთ“.