Reacțiile chimice se petrec în jurul nostru tot timpul - evident dacă te gândești la asta, dar câți dintre noi le facem atunci când pornim o mașină, fierbem un ou sau fertilizăm gazonul?
Expertul în cataliză chimică, Richard Kong, a studiat reacțiile chimice. În munca sa de „inginer de sunet profesionist”, așa cum se numește el însuși, este interesat nu doar de reacțiile care apar în interiorul său, ci și de provocarea unora noi.
În calitate de bursier Klarman în chimie și biologie chimică la Colegiul de Arte și Științe, Kong lucrează la dezvoltarea de catalizatori care conduc reacțiile chimice la rezultatele dorite, creând produse sigure și chiar cu valoare adăugată, inclusiv cele care pot avea un impact pozitiv asupra sănătății umane. Miercuri.
„Un număr semnificativ de reacții chimice au loc neajutorate”, a spus Kong, referindu-se la eliberarea de dioxid de carbon atunci când mașinile ard combustibili fosili. „Dar reacțiile chimice mai complexe nu se întâmplă automat. Aici intervine cataliza chimică.”
Kong și colegii săi au conceput un catalizator pentru a dirija reacția dorită, iar acest lucru s-a întâmplat. De exemplu, dioxidul de carbon poate fi transformat în acid formic, metanol sau formaldehidă prin alegerea catalizatorului potrivit și experimentarea condițiilor de reacție.
Potrivit lui Kyle Lancaster, profesor de chimie și biologie chimică (A&S) și profesor la Kong, abordarea lui Kong se potrivește bine cu abordarea „orientată spre descoperire” a laboratorului lui Lancaster. „Richard a avut ideea de a folosi staniul pentru a-și îmbunătăți chimia, lucru care nu a fost niciodată în planul meu”, a spus Lancaster. „Este un catalizator pentru conversia selectivă a dioxidului de carbon în ceva mai valoros, iar dioxidul de carbon are parte de multă presă proastă.”
Kong și colaboratorii săi au descoperit recent un sistem care, în anumite condiții, poate transforma dioxidul de carbon în acid formic.
„Deși în prezent nu suntem aproape de o reactivitate de ultimă generație, sistemul nostru este extrem de configurabil”, a spus Kong. „Așadar, putem începe să înțelegem mai profund de ce unii catalizatori funcționează mai repede decât alții, de ce unii catalizatori sunt în mod inerent mai buni. Putem regla parametrii catalizatorilor și încerca să înțelegem ce face ca aceste lucruri să funcționeze mai repede, pentru că cu cât funcționează mai repede, cu atât mai bine - poți crea molecule mai rapid.”
În calitate de bursier Klarman, Kong lucrează și la transformarea nitraților, îngrășăminte comune care se infiltrează toxic în căile navigabile, din mediu în ceva inofensiv, spune el.
Kong a experimentat cu metale pământești comune, cum ar fi aluminiul și staniul, drept catalizatori. Metalele sunt ieftine, netoxice și abundente în scoarța terestră, așa că utilizarea lor nu va pune probleme de sustenabilitate, a spus el.
„De asemenea, încercăm să descoperim cum să producem catalizatori în care două dintre aceste metale interacționează unul cu celălalt”, a spus Kong. „Folosind două metale în cadrul structurii, ce fel de reacții și întrebări interesante putem obține din sistemele bimetalice?” „reacție chimică?”
Potrivit lui Kong, schelele reprezintă mediul chimic în care se află aceste metale.
În ultimii 70 de ani, norma a fost utilizarea unui singur centru metalic pentru a realiza transformări chimice, dar în ultimul deceniu sau cam așa ceva, chimiștii din domeniu au început să exploreze interacțiunile sinergice dintre două metale legate chimic sau contigue. Kong a spus: „Îți oferă mai multe grade de libertate”.
„Acești catalizatori bimetalici oferă chimiștilor posibilitatea de a combina catalizatori metalici în funcție de punctele lor forte și slabe”, spune Kong. De exemplu, un centru metalic care se leagă slab de substraturi, dar rupe bine legăturile, poate funcționa cu un alt centru metalic care rupe slab legăturile, dar se leagă bine de substraturi. Prezența celui de-al doilea metal afectează, de asemenea, proprietățile primului metal.”
„Puteți începe să observați ceea ce numim un efect sinergic între cele două centre metalice”, a spus Kong. „În domeniul catalizei bimetalice încep să apară niște reacții cu adevărat unice și minunate.”
Kong a spus că există încă multă incertitudine cu privire la modul în care metalele se leagă între ele în forme moleculare. El a fost la fel de entuziasmat de frumusețea chimiei în sine pe cât a fost de rezultate. Kong a fost adus la laboratorul lui Lancaster pentru expertiza lor în spectroscopia cu raze X.
„Este o simbioză”, a spus Lancaster. „Spectroscopia cu raze X l-a ajutat pe Richard să înțeleagă ce se ascunde sub capotă și ce face ca staniul să fie deosebit de reactiv și capabil de această reacție chimică. Beneficiem de cunoștințele sale vaste despre chimia grupurilor majore, care au deschis calea către un nou domeniu.”
Totul se reduce la chimie fundamentală și cercetare, o abordare posibilă datorită Open Klarman Fellowship, a spus Kong.
„De obicei, pot rula reacția în laborator sau pot sta la computer simulând molecula”, a spus el. „Încercăm să obținem o imagine cât mai completă a activității chimice.”