Tindak balas kimia berlaku di sekeliling kita sepanjang masa—jelas apabila anda memikirkannya, tetapi berapa ramai antara kita yang melakukannya apabila kita menghidupkan kereta, merebus telur, atau menyuburkan rumput kita?
Pakar pemangkinan kimia, Richard Kong, telah banyak memikirkan tentang tindak balas kimia. Dalam karyanya sebagai "penala profesional", seperti yang dinyatakannya, beliau bukan sahaja berminat dengan tindak balas yang timbul dengan sendirinya, tetapi juga dalam mengenal pasti tindak balas baharu.
Sebagai Felo Klarman dalam Kimia dan Biologi Kimia di Kolej Sastera dan Sains, Kong berusaha untuk membangunkan pemangkin yang memacu tindak balas kimia kepada hasil yang diingini, menghasilkan produk yang selamat dan bernilai tambah, termasuk produk yang boleh memberi impak positif kepada kesihatan manusia. Rabu.
“Sejumlah besar tindak balas kimia berlaku tanpa bantuan,” kata Kong, merujuk kepada pembebasan karbon dioksida apabila kereta membakar bahan api fosil. “Tetapi tindak balas kimia yang lebih kompleks dan kompleks tidak berlaku secara automatik. Di sinilah pemangkinan kimia memainkan peranan.”
Kong dan rakan-rakannya telah membangunkan mangkin untuk mengarahkan tindak balas yang mereka inginkan berlaku. Contohnya, karbon dioksida boleh ditukar kepada asid formik, metanol atau formaldehid dengan memilih mangkin yang betul dan bereksperimen dengan keadaan tindak balas.
Menurut Kyle Lancaster, Profesor Kimia dan Biologi Kimia (A&S) dan moderator Kong, pendekatan Kong sangat sesuai dengan pendekatan "berasaskan penemuan" makmal Lancaster. "Richard mempunyai idea untuk menggunakan timah untuk meningkatkan kimianya, yang tidak pernah ada dalam skrip saya," kata Lancaster. "Dia mempunyai pemangkin yang boleh menukar karbon dioksida secara selektif, yang banyak diperkatakan dalam akhbar, menjadi sesuatu yang lebih berharga."
Kong dan rakan-rakannya baru-baru ini menemui satu sistem yang, dalam keadaan tertentu, boleh menukar karbon dioksida menjadi asid formik.
“Walaupun kita belum lagi berada pada tahap paling canggih dalam responsif, sistem kita sangat boleh disesuaikan,” kata Kong. “Dengan cara ini, kita boleh mula memahami dengan lebih mendalam mengapa sesetengah pemangkin berfungsi lebih pantas daripada yang lain, mengapa sesetengah pemangkin secara semula jadi lebih baik. Kita boleh mengubah suai parameter pemangkin dan cuba memahami apa yang menjadikan benda-benda ini berfungsi lebih pantas, kerana lebih cepat ia berfungsi, lebih baik ia berfungsi, lebih cepat anda boleh mencipta molekul.”
Sebagai Felo Klarman, Kong juga sedang berusaha untuk menyingkirkan nitrat, sejenis baja biasa yang meresap secara toksik ke dalam saluran air, dari alam sekitar dan mengubahnya menjadi bahan yang lebih tidak berbahaya, katanya.
Kong telah bereksperimen dengan menggunakan logam yang terdapat di dalam bumi, seperti aluminium dan timah, sebagai pemangkin. Logam-logam tersebut murah, tidak toksik dan banyak terdapat di kerak bumi, jadi penggunaannya tidak akan menimbulkan isu kemampanan, katanya.
“Kami juga sedang berusaha untuk menghasilkan pemangkin di mana dua logam berinteraksi antara satu sama lain,” kata Kong. “Dengan menggunakan dua logam dalam satu rangka kerja, apakah tindak balas dan proses kimia menarik yang boleh kita peroleh daripada sistem bimetalik?”
Hutan merupakan persekitaran kimia yang menyimpan logam-logam ini – ia penting untuk membuka potensi logam-logam ini bagi menjalankan tugasnya, sama seperti anda memerlukan pakaian yang sesuai untuk cuaca yang sesuai, kata Kong.
Selama 70 tahun yang lalu, piawaiannya adalah menggunakan pusat logam tunggal untuk mencapai peralihan kimia, tetapi dalam dekad yang lalu atau lebih, ahli kimia dalam bidang ini telah mula menyiasat penyatuan dua logam, sama ada secara kimia atau berdekatan. Pertama, kata Kong, "Ia memberi anda lebih banyak darjah kebebasan."
Mangkin bimetal ini memberikan ahli kimia keupayaan untuk menggabungkan mangkin logam berdasarkan kekuatan dan kelemahannya, kata Kong. Contohnya, pusat logam yang terikat dengan lemah pada substrat tetapi memutuskan ikatan dengan baik mungkin berfungsi dengan pusat logam lain yang memutuskan ikatan dengan lemah tetapi mengikat dengan baik pada substrat. Kehadiran logam kedua juga mempengaruhi sifat logam pertama.
"Anda boleh mula mendapat apa yang kita panggil kesan sinergi antara dua pusat logam," kata Kong. "Medan pemangkinan bimetal sudah mula menunjukkan beberapa kereaktifan yang sangat unik dan hebat."
Kong berkata masih terdapat banyak kekaburan tentang bagaimana logam mengikat antara satu sama lain dalam sebatian molekul. Dia teruja dengan keindahan kimia itu sendiri sepertimana dia teruja dengan hasilnya. Kong dibawa ke Makmal Lancaster kerana kepakaran mereka dalam spektroskopi sinar-X.
“Ia satu simbiosis,” kata Lancaster. “Spektroskopi sinar-X membantu Richard memahami apa yang berlaku di sebalik tabir dan apa yang menjadikan timah sangat reaktif dan mampu melakukan tindak balas kimia ini. Kami mendapat manfaat daripada pengetahuannya yang luas tentang kimia kumpulan utama, yang membuka pintu untuk kumpulan itu ke bidang baharu.”
Semuanya bergantung kepada kimia asas dan penyelidikan, kata Kong, dan pendekatan ini dimungkinkan oleh biasiswa Open Klarman.
“Pada hari biasa, saya boleh menjalankan tindak balas di makmal atau duduk di hadapan komputer yang mensimulasikan molekul,” katanya. “Kami cuba mendapatkan gambaran lengkap tentang aktiviti kimia yang mungkin.”