Химиялық реакциялар біздің айналамызда үнемі болып тұрады — ойлап қарасаңыз, бұл анық, бірақ көлікті оталдырғанда, жұмыртқа қайнатқанда немесе көгалға тыңайтқыш себу кезінде қаншамыз осылай жасаймыз?
Химиялық катализ бойынша сарапшы Ричард Конг химиялық реакциялар туралы ойланып келеді. Оның айтуынша, «кәсіби баптаушы» ретіндегі жұмысында ол тек өздігінен пайда болатын реакцияларға ғана емес, сонымен қатар жаңа реакцияларды анықтауға да қызығушылық танытады.
Өнер және ғылым колледжінде химия және химиялық биология бойынша Кларман стипендиаты ретінде Конг химиялық реакцияларды қажетті нәтижелерге жеткізетін катализаторларды әзірлеумен айналысады, қауіпсіз және тіпті құнды өнімдерді, соның ішінде адам денсаулығына оң әсер ете алатын өнімдерді жасайды. Сәрсенбі.
«Химиялық реакциялардың айтарлықтай мөлшері көмексіз жүреді», - деді Конг, көліктер қазба отынын жаққан кезде көмірқышқыл газының бөлінуіне сілтеме жасай отырып. «Бірақ күрделірек және күрделі химиялық реакциялар автоматты түрде жүрмейді. Бұл жерде химиялық катализ рөл атқарады».
Конг және оның әріптестері өздері қалаған реакцияларды басқару үшін катализаторлар жасап шығарды. Мысалы, көмірқышқыл газын дұрыс катализаторды таңдау және реакция жағдайларымен тәжірибе жасау арқылы құмырсқа қышқылына, метанолға немесе формальдегидке айналдыруға болады.
Химия және химиялық биология профессоры (A&S) және Конг модераторы Кайл Ланкастердің айтуынша, Конгтың тәсілі Ланкастер зертханасының «жаңалықтарға негізделген» тәсіліне жақсы сәйкес келеді. «Ричардта химиясын жақсарту үшін қалайыны пайдалану идеясы болды, бұл менің сценарийімде ешқашан болмаған», - деді Ланкастер. «Оның баспасөзде көп айтылатын көмірқышқыл газын құндырақ нәрсеге селективті түрде айналдыра алатын катализаторы бар».
Конг және оның әріптестері жақында белгілі бір жағдайларда көмірқышқыл газын құмырсқа қышқылына айналдыра алатын жүйені ашты.
«Біз әлі де жауап беру жағынан заманауи болмасақ та, біздің жүйемізді жоғары деңгейде теңшеуге болады», - деді Конг. «Осылайша, біз кейбір катализаторлардың басқаларына қарағанда неге жылдам жұмыс істейтінін, неге кейбір катализаторлардың табиғи түрде жақсырақ екенін тереңірек түсіне бастаймыз. Біз катализаторлардың параметрлерін өзгертіп, бұл заттардың неліктен жылдам жұмыс істейтінін түсінуге тырыса аламыз, себебі олар неғұрлым жылдам жұмыс істесе, соғұрлым жақсы жұмыс істейді, соғұрлым тез молекулалар жасай аласыз».
Кларман стипендиаты ретінде Конг қоршаған ортадан су жолдарына улы түрде сіңетін нитраттарды, яғни кең таралған тыңайтқыштарды алып тастап, оларды зиянсыз заттарға айналдыру үшін жұмыс істеп жатыр, деді ол.
Конг жер бетінде кездесетін металдарды, мысалы, алюминий мен қалайыны катализатор ретінде пайдалану бойынша тәжірибе жүргізді. Металдар арзан, улы емес және жер қыртысында мол, сондықтан оларды пайдалану тұрақтылыққа қатысты мәселелер тудырмайды, деді ол.
«Біз сондай-ақ екі металл бір-бірімен әрекеттесетін катализаторларды қалай жасау керектігін зерттеп жатырмыз», - деді Конг. «Бір құрылымда екі металды пайдалану арқылы биметаллдық жүйелерден қандай реакциялар мен қызықты химиялық процестерді алуға болады?»
Конгтың айтуынша, ормандар – бұл металдарды ұстайтын химиялық орта – олар осы металдардың өз жұмысын атқару әлеуетін ашу үшін өте маңызды, дәл ауа райына дұрыс киім қажет сияқты, - деді Конг.
Соңғы 70 жылда химиялық ауысуларға қол жеткізу үшін бір ғана металл орталығын пайдалану стандарт болып келді, бірақ соңғы онжылдықта осы саладағы химиктер екі металдың химиялық немесе жақын байланысын зерттей бастады. Біріншіден, Конгтың айтуынша, «бұл сізге көбірек еркіндік дәрежесін береді».
Конгтың айтуынша, бұл биметалл катализаторлары химиктерге металл катализаторларын олардың күшті және әлсіз жақтарына негіздеп біріктіру мүмкіндігін береді. Мысалы, субстраттармен нашар байланысатын, бірақ байланыстарды жақсы үзетін металл орталығы байланыстарды нашар үзетін, бірақ субстраттармен жақсы байланысатын басқа металл орталығымен жұмыс істей алады. Екінші металдың болуы бірінші металдың қасиеттеріне де әсер етеді.
«Екі металл орталығы арасындағы синергетикалық әсерді байқай бастай аласыз», - деді Конг. «Биметалл катализі саласы қазірдің өзінде шынымен ерекше және керемет реактивтілік көрсете бастады».
Конг металдардың молекулалық қосылыстарда бір-бірімен қалай байланысатыны туралы әлі де көптеген түсініксіздіктер бар екенін айтты. Ол химияның өзінің сұлулығына, нәтижелерге де қуанды. Конгты рентген спектроскопиясы саласындағы тәжірибесі үшін Ланкастер зертханаларына шақырды.
«Бұл симбиоз», - деді Ланкастер. «Рентген спектроскопиясы Ричардқа көрініс артында не болып жатқанын және қалайының ерекше реактивті және осы химиялық реакцияға қабілетті екенін түсінуге көмектесті. Біз оның негізгі топтық химия туралы кең білімінен пайда көрдік, бұл топ үшін жаңа салаға жол ашты».
Конгтың айтуынша, бәрі химияның негізгі қағидалары мен зерттеулеріне байланысты, және бұл тәсіл Open Klarman стипендиясының арқасында мүмкін болды.
«Әдеттегі күні мен зертханада реакцияларды жүргізе аламын немесе молекулаларды модельдейтін компьютерде отыра аламын», - деді ол. «Біз химиялық белсенділіктің мүмкіндігінше толық көрінісін алуға тырысып жатырмыз».