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 "enginyer de so professional", com ell mateix ho anomena, no només li interessen les reaccions que sorgeixen en si mateix, sinó també provocar-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 dissenyar un catalitzador per dirigir la reacció que volien, i va succeir. 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 professor de Kong, l'enfocament de Kong encaixa bé amb l'enfocament "orientat al descobriment" del laboratori de Lancaster. "En Richard va tenir la idea d'utilitzar estany per millorar la seva química, cosa que mai va estar al meu guió", va dir Lancaster. "És un catalitzador per a la conversió selectiva del diòxid de carboni en alguna cosa més valuosa, i el diòxid de carboni té molta mala premsa".
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 actualment no som a prop d'una reactivitat d'avantguarda, el nostre sistema és altament configurable», va dir Kong. «Així 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 funcionin, millor: es poden crear molècules més ràpidament».
Com a becari Klarman, Kong també treballa per convertir els nitrats, fertilitzants comuns que es filtren tòxicament a les vies navegables, del medi ambient en alguna cosa inofensiva, diu.
Kong va experimentar amb metalls terrestres comuns 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 descobrint com fer catalitzadors on dos d'aquests metalls interaccionin entre si», va dir Kong. «Si utilitzem dos metalls en l'estructura, quin tipus de reaccions i preguntes interessants podem obtenir dels sistemes bimetàl·lics?», «reacció química?».
Segons Kong, les bastides són l'entorn químic en què resideixen aquests metalls.
Durant els darrers 70 anys, la norma ha estat utilitzar un únic centre metàl·lic per aconseguir transformacions químiques, però en l'última dècada, els químics del camp han començat a explorar les interaccions sinèrgiques entre dos metalls enllaçats químicament o contigus. Kong va dir: "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. «Comencen a sorgir algunes reaccions realment úniques i meravelloses en el camp de la catàlisi bimetàl·lica».
Kong va dir que encara hi ha molta incertesa sobre com els metalls s'uneixen entre si en formes moleculars. Estava tan entusiasmat per la bellesa de la química en si com pels resultats. Kong va ser portat al laboratori de 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 hi havia sota el capó i què feia que l'estany fos especialment reactiu i capaç d'aquesta reacció química. Ens beneficiem del seu ampli coneixement de la química dels grups principals, que ha obert camí en un nou camp».
Tot es redueix a la química bàsica i la recerca, un enfocament possible gràcies a la beca Open Klarman, va dir Kong.
«Normalment puc executar la reacció al laboratori o seure davant de l'ordinador simulant la molècula», va dir. «Intentem obtenir una imatge el més completa possible de l'activitat química».