Les reaccions químiques ocorren al nostre voltant tot el temps; és obvi si hi penses, però quants de nosaltres ho fem quan engeguem un cotxe, bullim un ou o fertilitzem la gespa?
L'expert en catàlisi química Richard Kong ha estat reflexionant sobre les reaccions químiques. En la seva feina com a "afinador professional", com ell mateix diu, no només li interessen les respostes que sorgeixen per si soles, sinó també identificar-ne de noves.
Com a becari Klarman en Química i Biologia Química a la Facultat d'Arts i Ciències, Kong treballa per desenvolupar catalitzadors que impulsin les reaccions químiques cap als resultats desitjats, creant productes segurs i fins i tot de valor afegit, inclosos aquells que poden tenir un impacte positiu en la salut de les persones. Dimecres.
«Una quantitat important de reaccions químiques tenen lloc sense ajuda», va dir Kong, referint-se a l'alliberament de diòxid de carboni quan els cotxes cremen combustibles fòssils. «Però les reaccions químiques més complexes no es produeixen automàticament. Aquí és on entra en joc la catàlisi química».
Kong i els seus col·legues van desenvolupar catalitzadors per dirigir les reaccions que volien que es produïssin. Per exemple, el diòxid de carboni es pot convertir en àcid fòrmic, metanol o formaldehid triant el catalitzador adequat i experimentant amb les condicions de reacció.
Segons Kyle Lancaster, professor de Química i Biologia Química (A&S) i moderador de Kong, l'enfocament de Kong encaixa bé amb l'enfocament "orientat al descobriment" del laboratori de Lancaster. "Richard va tenir la idea d'utilitzar estany per millorar la seva química, cosa que mai va estar al meu guió", va dir Lancaster. "Té un catalitzador que pot convertir selectivament el diòxid de carboni, del qual es parla molt a la premsa, en alguna cosa més valuosa".
Kong i els seus col·laboradors han descobert recentment un sistema que, sota certes condicions, pot convertir el diòxid de carboni en àcid fòrmic.
«Tot i que encara no som a l'avantguarda en capacitat de resposta, el nostre sistema és altament personalitzable», va dir Kong. «D'aquesta manera, podem començar a entendre més profundament per què alguns catalitzadors funcionen més ràpid que d'altres, per què alguns catalitzadors són inherentment millors. Podem ajustar els paràmetres dels catalitzadors i intentar entendre què fa que aquestes coses funcionin més ràpid, perquè com més ràpid funcionen, millor funcionen, més ràpid es poden crear molècules».
Com a becari de Klarman, Kong també treballa per eliminar els nitrats, un fertilitzant comú que s'infiltra tòxicament a les vies navegables, del medi ambient i convertir-los en substàncies més inofensives, va dir.
Kong va experimentar amb l'ús de metalls que es troben a la terra, com l'alumini i l'estany, com a catalitzadors. Els metalls són barats, no tòxics i abundants a l'escorça terrestre, per la qual cosa el seu ús no plantejarà problemes de sostenibilitat, va dir.
«També estem treballant en com fer catalitzadors on dos metalls interaccionin entre si», va dir Kong. «En utilitzar dos metalls en un mateix marc, quines reaccions i processos químics interessants podem obtenir a partir de sistemes bimetàl·lics?»
Els boscos són l'entorn químic que conté aquests metalls: són fonamentals per alliberar el potencial d'aquests metalls per fer la seva feina, igual que necessites la roba adequada per al clima adequat, va dir Kong.
Durant els darrers 70 anys, l'estàndard ha estat utilitzar un únic centre metàl·lic per aconseguir transicions químiques, però en l'última dècada, els químics del camp han començat a investigar la unió de dos metalls, ja sigui químicament o en estreta proximitat. En primer lloc, diu Kong, "Et dóna més graus de llibertat".
Aquests catalitzadors bimetàl·lics donen als químics la capacitat de combinar catalitzadors metàl·lics en funció dels seus punts forts i febles, diu Kong. Per exemple, un centre metàl·lic que s'uneix malament als substrats però trenca bé els enllaços pot funcionar amb un altre centre metàl·lic que trenca malament els enllaços però s'uneix bé als substrats. La presència del segon metall també afecta les propietats del primer metall.
«Es pot començar a obtenir el que anomenem un efecte sinèrgic entre els dos centres metàl·lics», va dir Kong. «El camp de la catàlisi bimetàl·lica ja comença a mostrar una reactivitat realment única i meravellosa».
Kong va dir que encara hi ha moltes ambigüitats sobre com s'uneixen els metalls entre si en els compostos moleculars. Estava tan entusiasmat per la bellesa de la química en si com pels resultats. Kong va ser portat als Laboratoris Lancaster per la seva experiència en espectroscòpia de raigs X.
«És una simbiosi», va dir Lancaster. «L'espectroscòpia de raigs X va ajudar en Richard a entendre què passava entre bastidors i què fa que l'estany sigui particularment reactiu i capaç d'aquesta reacció química. Ens vam beneficiar del seu ampli coneixement de la química dels grups principals, cosa que va obrir la porta al grup a una nova àrea».
Tot es redueix a la química bàsica i la recerca, diu Kong, i aquest enfocament és possible gràcies a una beca Open Klarman.
«En un dia normal, puc executar reaccions al laboratori o seure davant d'un ordinador simulant molècules», va dir. «Intentem obtenir una imatge el més completa possible de l'activitat química».