Electric Field Catalyst:Controlling Chemical Reactions

Οι επιστήμονες ανακάλυψαν πρόσφατα ότι ένας καταλύτης ηλεκτρικού πεδίου μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον έλεγχο των χημικών αντιδράσεων.

Θυμάστε όταν τρίβατε ένα μπαλόνι στα μαλλιά κάποιου και το μπαλόνι κολλούσε πάνω του; Τι θα έλεγες όταν έβγαλες τα μάλλινα χειμωνιάτικα ρούχα σου και τα μαλλιά σου σηκώθηκαν ίσια; Ή καλύτερα, όταν ανακατέψατε τις κάλτσες σας κατά μήκος του χαλιού, απλώσατε το χέρι στον φίλο σας και του κάνατε ένα καλό σοκ; Όλα αυτά συμβαίνουν χάρη στον στατικό ηλεκτρισμό.

Όπως αποδεικνύεται, η διασκέδαση δεν χρειάζεται να σταματήσει όταν μεγαλώσετε. Επιστήμονες από το Εθνικό Πανεπιστήμιο της Αυστραλίας (ANU) ανακάλυψαν ότι ο στατικός ηλεκτρισμός δεν είναι μόνο καλός για να σοκάρεις τους φίλους σου – μπορεί επίσης να ελέγξει τις χημικές αντιδράσεις!

Τι είναι η διαδικασία

Χημικές αντιδράσεις, λέτε; Τι είναι αυτά? Όταν τα χημικά αναμιγνύονται μεταξύ τους, παράγουν μια χημική αλλαγή μέσω των «προϊόντων» ή των αποτελεσμάτων της ανάμειξης. Τα προϊόντα μιας αντίδρασης είναι ξεχωριστά από τα αντιδρώντα ή τις χημικές ουσίες που εισήχθησαν στην αρχική χημική αντίδραση.

Οι επιστήμονες ελέγχουν τις αντιδράσεις χρησιμοποιώντας στατικό ηλεκτρισμό χρησιμοποιώντας κάτι που ονομάζεται καταλύτης ηλεκτρικού πεδίου.

Ο καταλύτης είναι μια δύναμη που επιταχύνει μια αντίδραση. Κανονικά, σπάνιες χημικές ουσίες χρησιμοποιούνται ως καταλύτες, αλλά έχουν μειονεκτήματα. Είναι ακριβά, μπορούν να μολύνουν τα προϊόντα και μπορούν να προσθέσουν ανεπιθύμητα υποπροϊόντα στα αποτελέσματα της αντίδρασης.

Τοποθετώντας τα αντιδραστήρια έτσι ώστε να ευθυγραμμίζονται με το ηλεκτρικό πεδίο, το πεδίο διεγείρει τη χημική αντίδραση.

Οι δοκιμές φαίνονται καλές

Η ομάδα ANU εξέτασε τον καταλύτη ηλεκτρικού πεδίου στην αντίδραση Diels-Alder, μια κοινή χημική αντίδραση. Η αντίδραση χρησιμοποιείται για την παραγωγή μιας ποικιλίας χημικών ουσιών, με πιο αξιοσημείωτη την κορτιζόνη, ένα φάρμακο που καταστέλλει τη φλεγμονή. Ο ρυθμός της αντίδρασης βελτιώθηκε κατά πέντε συντελεστές — μια αρκετά εντυπωσιακή βελτίωση!

Σε μια δήλωση που κυκλοφόρησε από το ANU, η επικεφαλής ερευνήτρια Michelle Coote είπε:«Η φύση χρησιμοποιεί ένζυμα ως τον απόλυτο καταλύτη, ο οποίος μπορεί να μεταβάλλει τους ρυθμούς αντίδρασης κατά 14 τάξεις μεγέθους. Τα ένζυμα λειτουργούν με προσεκτικά προσανατολισμένες φορτισμένες λειτουργικές ομάδες, που διατηρούνται σε ακριβείς προσανατολισμούς, δημιουργώντας αποτελεσματικά ένα προσανατολισμένο ηλεκτρικό πεδίο εντός της ενεργού θέσης."

Ο Coote είχε προβλέψει ότι οι καταλύτες ηλεκτρικού πεδίου θα μπορούσαν να είναι σε θέση να επιταχύνουν τις αντιδράσεις, αλλά αυτό το γεγονός δεν είχε παρατηρηθεί ποτέ πριν από τώρα. Σε κανονικές χημικές αντιδράσεις, τα μόρια ευθυγραμμίζονται πάντα σε τυχαίες κατευθύνσεις εντός του υγρού ή του αερίου.

Η ομάδα ανέπτυξε ένα σχέδιο για να δοκιμάσει την πρόβλεψη που περιελάμβανε την τοποθέτηση όλων των μορίων προς την ίδια κατεύθυνση. Στη συνέχεια δημιούργησαν ένα ηλεκτρικό πεδίο με την άκρη ενός ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης-σήραγγας. Το πεδίο χρησιμοποιήθηκε για τη δοκιμή της πολικότητας και της ισχύος του ηλεκτρικού πεδίου κάθε μορίου.

Ο Coote παραδέχεται εύκολα ότι η παραγωγή σημαντικών ποσοτήτων προϊόντων με τη χρήση αυτής της τεχνικής δεν είναι δυνατή. Ο Coote είπε στο IFLScience, «Δεν θα μπορούσατε να εφαρμόσετε μια μπαταρία σε μια γιγάντια χημική αντίδραση. Η ισχύς του πεδίου θα είναι πολύ χαμηλή για ένα πράγμα.”

Το μέλλον είναι φωτεινό

Αυτή η διαδικασία έχει ισχυρές ερευνητικές εφαρμογές:Θα βοηθήσει τους επιστήμονες να κατανοήσουν περαιτέρω τις φυσικές αντιδράσεις με ταχύτερο και πιο αποτελεσματικό τρόπο. Τα ηλεκτρικά πεδία μπορούν να ενεργοποιηθούν ή να απενεργοποιηθούν γρήγορα και υπάρχουν έξω από τον δοκιμαστικό σωλήνα του πειράματος. Οι ερευνητές θα έχουν πιο απομακρυσμένο έλεγχο της χημικής αντίδρασης.

Σύμφωνα με τη δήλωση της ANU, η σημαντική ανακάλυψη «θα μπορούσε να επιταχύνει τις διαδικασίες παραγωγής και να επιτρέψει τον άνευ προηγουμένου έλεγχο των χημικών αντιδράσεων, για παράδειγμα στην κατασκευή εύκαμπτων ηλεκτρονικών εξαρτημάτων που βασίζονται σε οργανικά κυκλώματα».

Ο Coote πιστεύει επίσης ότι η επιτυχία αυτού του πειράματος θα μπορούσε να ανοίξει τη δυνατότητα χρήσης ηλεκτρικών πεδίων, αντί του φωτός ή της θερμότητας, σε αυτοθεραπευόμενα πολυμερή. Η ομάδα αψήφησε τη συμβατική γραμμή σκέψης όσον αφορά τις χημικές αντιδράσεις, καθιστώντας αυτό ένα συναρπαστικό βήμα προς τα εμπρός στη χημική έρευνα!