Ang mga reaksiyong kemikal ay palaging nangyayari sa ating paligid—halata naman kung iisipin mo, pero ilan sa atin ang gumagawa nito kapag nagpapaandar tayo ng kotse, nagpapakulo ng itlog, o naglalagay ng pataba sa ating damuhan?
Ang eksperto sa chemical catalysis na si Richard Kong ay matagal nang nag-iisip tungkol sa mga reaksiyong kemikal. Sa kanyang trabaho bilang isang "propesyonal na tuner," gaya ng pagkakasabi niya, hindi lamang siya interesado sa mga tugon na kusang lumilitaw, kundi pati na rin sa pagtukoy ng mga bagong tugon.
Bilang isang Klarman Fellow sa Chemistry at Chemical Biology sa College of Arts and Sciences, nagsusumikap si Kong na bumuo ng mga katalista na nagtutulak ng mga reaksiyong kemikal patungo sa ninanais na mga resulta, na lumilikha ng ligtas at maging mga produktong may dagdag na halaga, kabilang ang mga maaaring magkaroon ng positibong epekto sa kalusugan ng tao. Miyerkules.
"Maraming reaksiyong kemikal ang nagaganap nang walang tulong," sabi ni Kong, na tumutukoy sa paglabas ng carbon dioxide kapag ang mga sasakyan ay nagsusunog ng mga fossil fuel. "Ngunit ang mas kumplikado at masalimuot na reaksiyong kemikal ay hindi awtomatikong nangyayari. Dito pumapasok ang katalisis ng kemikal."
Si Kong at ang kanyang mga kasamahan ay nakabuo ng mga katalista upang idirekta ang mga reaksyong nais nilang mangyari. Halimbawa, ang carbon dioxide ay maaaring ma-convert sa formic acid, methanol, o formaldehyde sa pamamagitan ng pagpili ng tamang katalista at pag-eksperimento sa mga kondisyon ng reaksyon.
Ayon kay Kyle Lancaster, Propesor ng Kemistri at Kemikal na Biyolohiya (A&S) at moderator ni Kong, ang pamamaraan ni Kong ay akma sa pamamaraang "nakatuon sa pagtuklas" ng laboratoryo ni Lancaster. "May ideya si Richard na gamitin ang lata upang mapabuti ang kanyang kemistri, na hindi kailanman nasulat sa aking script," sabi ni Lancaster. "Mayroon siyang katalista na maaaring piliing i-convert ang carbon dioxide, na madalas pag-usapan sa pahayagan, tungo sa isang bagay na mas mahalaga."
Kamakailan lamang ay natuklasan ni Kong at ng kanyang mga kasamahan ang isang sistema na, sa ilalim ng ilang partikular na kondisyon, ay maaaring mag-convert ng carbon dioxide sa formic acid.
"Bagama't hindi pa tayo makabago sa pagtugon, ang ating sistema ay lubos na napapasadya," sabi ni Kong. "Sa ganitong paraan, masisimulan nating maunawaan nang mas malalim kung bakit mas mabilis gumana ang ilang katalista kaysa sa iba, kung bakit likas na mas mahusay ang ilang katalista. Maaari nating baguhin ang mga parameter ng mga katalista at subukang maunawaan kung bakit mas mabilis gumana ang mga bagay na ito, dahil mas mabilis silang gumana, mas mahusay ang kanilang paggana, mas mabilis kang makakalikha ng mga molekula."
Bilang isang Klarman Fellow, nagsusumikap din si Kong na alisin ang mga nitrate, isang karaniwang pataba na nakakalason na tumatagos sa mga daluyan ng tubig, mula sa kapaligiran at gawing mas hindi nakakapinsalang mga sangkap, aniya.
Nag-eksperimento si Kong sa paggamit ng mga metal na matatagpuan sa lupa, tulad ng aluminyo at lata, bilang mga katalista. Mura ang mga metal na ito, hindi nakalalason at sagana sa crust ng lupa, kaya ang paggamit ng mga ito ay hindi magdudulot ng mga isyu sa pagpapanatili, aniya.
“Nagsusumikap din kami kung paano gumawa ng mga katalista kung saan ang dalawang metal ay nakikipag-ugnayan sa isa't isa,” sabi ni Kong. “Sa pamamagitan ng paggamit ng dalawang metal sa isang balangkas, anong mga reaksyon at kawili-wiling prosesong kemikal ang makukuha namin mula sa mga sistemang bimetallic?”
Ang mga kagubatan ang kemikal na kapaligirang naglalaman ng mga metal na ito – mahalaga ang mga ito sa pagbubukas ng potensyal ng mga metal na ito upang magawa ang kanilang trabaho, tulad ng kailangan mo ng tamang damit para sa tamang panahon, sabi ni Kong.
Sa nakalipas na 70 taon, ang pamantayan ay ang paggamit ng iisang sentro ng metal upang makamit ang mga transisyon ng kemikal, ngunit sa nakalipas na dekada o higit pa, sinimulan ng mga chemist sa larangan na siyasatin ang pagsasama ng dalawang metal, alinman sa kemikal o sa malapit na paraan. Una, sabi ni Kong, "Nagbibigay ito sa iyo ng mas maraming antas ng kalayaan."
Ang mga bimetallic catalyst na ito ay nagbibigay sa mga chemist ng kakayahang pagsamahin ang mga metal catalyst batay sa kanilang mga kalakasan at kahinaan, sabi ni Kong. Halimbawa, ang isang metal center na hindi gaanong nakakabit sa mga substrate ngunit mahusay na nakakasira ng mga bono ay maaaring gumana kasama ng isa pang metal center na hindi gaanong nakakasira ng mga bono ngunit mahusay na nakakabit sa mga substrate. Ang presensya ng pangalawang metal ay nakakaapekto rin sa mga katangian ng unang metal.
"Maaari mo nang simulang makuha ang tinatawag nating synergistic effect sa pagitan ng dalawang metal center," sabi ni Kong. "Ang larangan ng bimetallic catalysis ay nagsisimula nang magpakita ng kakaiba at kahanga-hangang reaktibiti."
Sinabi ni Kong na marami pa ring kalabuan tungkol sa kung paano nagdidikit ang mga metal sa isa't isa sa mga molekular na compound. Tuwang-tuwa siya sa kagandahan ng mismong kimika gaya ng kanyang pagkasabik sa mga resulta. Dinala si Kong sa Lancaster Laboratories dahil sa kanilang kadalubhasaan sa X-ray spectroscopy.
“Isa itong simbiyos,” sabi ni Lancaster. “Natulungan si Richard ng X-ray spectroscopy na maunawaan kung ano ang nangyayari sa likod ng mga eksena at kung bakit partikular na reaktibo at may kakayahang magsagawa ng ganitong reaksiyong kemikal ang lata. Nakinabang kami sa kanyang malawak na kaalaman sa pangunahing kimika ng grupo, na nagbukas ng pinto para sa grupo patungo sa isang bagong larangan.”
Ang lahat ng ito ay nakasalalay sa pangunahing kimika at pananaliksik, sabi ni Kong, at ang pamamaraang ito ay naging posible dahil sa isang Open Klarman scholarship.
“Sa isang karaniwang araw, maaari akong magpatakbo ng mga reaksiyon sa laboratoryo o umupo sa harap ng isang computer na ginagaya ang mga molekula,” aniya. “Sinusubukan naming makakuha ng kumpletong larawan ng aktibidad ng kemikal hangga't maaari.”