Efnahvörf eiga sér stað alls staðar í kringum okkur allan tímann - augljóst þegar maður hugsar út í það, en hversu margir okkar gera það þegar við ræsum bíl, sjóðum egg eða áburðargerum grasið okkar?
Richard Kong, sérfræðingur í efnahvötun, hefur verið að hugsa um efnahvörf. Í starfi sínu sem „faglegur stillari“, eins og hann orðar það, hefur hann ekki aðeins áhuga á svörum sem koma upp af sjálfu sér, heldur einnig á að bera kennsl á ný svör.
Sem Klarman-félagi í efnafræði og efnalíffræði við Listaháskólann í Bandaríkjunum vinnur Kong að því að þróa hvata sem knýja efnahvörf að tilætluðum árangri og skapa þannig öruggar og jafnvel verðmætabætandi vörur, þar á meðal þær sem geta haft jákvæð áhrif á heilsu fólks. Miðvikudagur.
„Töluvert magn efnahvarfa á sér stað án aðstoðar,“ sagði Kong og vísaði til losunar koltvísýrings þegar bílar brenna jarðefnaeldsneyti. „En flóknari og flóknari efnahvörf gerast ekki sjálfkrafa. Þá kemur efnahvötun við sögu.“
Kong og samstarfsmenn hans þróuðu hvata til að stýra þeim viðbrögðum sem þeir vildu að gerðust. Til dæmis er hægt að breyta koltvísýringi í maurasýru, metanól eða formaldehýð með því að velja réttan hvata og gera tilraunir með viðbragðsskilyrðum.
Að sögn Kyle Lancaster, prófessors í efnafræði og efnalíffræði (A&S) og umsjónarmanns Kongs, fellur aðferð Kongs vel að „uppgötvunardrifinri“ nálgun rannsóknarstofu Lancasters. „Richard fékk hugmyndina um að nota tin til að bæta efnafræði sína, sem var aldrei í handriti mínu,“ sagði Lancaster. „Hann býr yfir hvata sem getur sértækt breytt koltvísýringi, sem mikið er rætt um í fjölmiðlum, í eitthvað verðmætara.“
Kong og samstarfsmenn hans uppgötvuðu nýlega kerfi sem getur, við ákveðnar aðstæður, breytt koltvísýringi í maurasýru.
„Þó að við séum ekki enn komin á framfæri hvað varðar viðbragðshæfni, þá er kerfið okkar mjög aðlagað,“ sagði Kong. „Á þennan hátt getum við byrjað að skilja betur hvers vegna sumir hvatar virka hraðar en aðrir, hvers vegna sumir hvatar eru í eðli sínu betri. Við getum fínstillt breytur hvatanna og reynt að skilja hvað gerir þessa hluti hraðari, því því hraðar sem þeir virka, því betur virka þeir, því hraðar er hægt að búa til sameindir.“
Sem Klarman-félagi vinnur Kong einnig að því að fjarlægja nítrat, algengan áburð sem seytlar eitrað út í vatnaleiðir, úr umhverfinu og breyta þeim í skaðlausari efni, sagði hann.
Kong gerði tilraunir með að nota málma sem finnast í jörðinni, svo sem ál og tin, sem hvata. Málmarnir eru ódýrir, eitraðir og algengir í jarðskorpunni, þannig að notkun þeirra myndi ekki valda sjálfbærnivandamálum, sagði hann.
„Við erum líka að vinna að því að búa til hvata þar sem tveir málmar hafa samskipti sín á milli,“ sagði Kong. „Með því að nota tvo málma í einu kerfi, hvaða viðbrögð og áhugaverð efnaferli getum við fengið úr tvímálmakerfum?“
Skógar eru efnaumhverfið sem geymir þessa málma – þeir eru mikilvægir til að opna fyrir möguleika þessara málma til að gegna hlutverki sínu, rétt eins og þú þarft réttu fötin fyrir rétta veðrið, sagði Kong.
Undanfarin 70 ár hefur staðallinn verið að nota einn málmkjarna til að ná fram efnafræðilegum umbreytingum, en á síðasta áratug eða svo hafa efnafræðingar á þessu sviði byrjað að rannsaka samruna tveggja málma, annað hvort efnafræðilega eða í nálægð við hvorn annan. Í fyrsta lagi, segir Kong, „gefur það þér fleiri frelsisgráður.“
Þessir tvímálmhvatar gefa efnafræðingum möguleika á að sameina málmhvata út frá styrkleikum og veikleikum þeirra, segir Kong. Til dæmis gæti málmkjarna sem binst illa við undirlag en brýtur vel tengsl virkað með annarri málmkjarna sem brýtur illa tengsl en binst vel við undirlag. Nærvera annars málmsins hefur einnig áhrif á eiginleika fyrsta málmsins.
„Það er hægt að byrja að sjá það sem við köllum samverkandi áhrif milli málmmiðstöðvanna tveggja,“ sagði Kong. „Svið tvímálmhvata er þegar farið að sýna einstaka og frábæra hvarfgirni.“
Kong sagði að enn væru margar óvissur um hvernig málmar tengjast hver öðrum í sameindasamböndum. Hann var jafn spenntur fyrir fegurð efnafræðinnar sjálfrar og niðurstöðunum. Kong var fenginn til Lancaster Laboratories vegna sérþekkingar þeirra í röntgenlitrófsgreiningu.
„Þetta er samlífi,“ sagði Lancaster. „Röntgengeislunargreining hjálpaði Richard að skilja hvað var í gangi á bak við tjöldin og hvað gerir tin sérstaklega hvarfgjarnt og fært um þessi efnahvörf. Við nutum góðs af mikilli þekkingu hans á efnafræði helstu hópa, sem opnaði dyrnar fyrir hópinn að nýju sviði.“
Þetta snýst allt um grunn efnafræði og rannsóknir, segir Kong, og þessi aðferð er möguleg vegna Open Klarman-námsstyrks.
„Á dæmigerðum degi get ég keyrt efnahvörf í rannsóknarstofunni eða setið við tölvu og hermt eftir sameindum,“ sagði hann. „Við erum að reyna að fá eins heildstæða mynd af efnavirkni og mögulegt er.“