Den "feilaktige" kjemien fungerte faktisk

Greit, jeg må innrømme det – da jeg først leste om denne forskningen, måtte jeg lese den to ganger fordi noe ikke stemte.

Forskerne prøvde å produsere visse verdifulle kjemikalier ved hjelp av elektrisitet (en teknikk som kalles organisk elektrosyntese, hvis du vil ha det fine ordet). De hadde satt alt opp perfekt: riktig spenning, riktige elektrodematerialer, riktig løsning. Men resultatene deres ble stadig skuffende. De fikk bare ut omtrent 16 % av produktet de ønsket seg.

Seksten prosent. Det er i bunn og grunn en strykkarakter.

Men det er her det blir interessant. Forskerne – ledet av professor Jaeyune Ryu og hennes team ved Seoul National University – aksepterte ikke bare disse skuffende resultatene. I stedet begynte de å spørre seg selv hva de kunne ha oversett.

Og jøss, som de fant noe.

Ved å gjøre noen relativt enkle endringer i hvordan reaktoren deres var designet – spesifikt ved å kontrollere avstanden mellom elektrodene og hvordan væsken strømmet gjennom systemet – klarte de å øke suksessraten fra de nedslående 16 % helt opp til 97 %.

Nitti. Sju. Prosent.

Det er ikke en gradvis forbedring. Det er å gå fra "kanskje vi burde prøve en annen tilnærming" til "la oss patentere dette umiddelbart".

Så hva var problemet hele tiden?

Her er tingen som får meg til å smile (og også klø meg i hodet): løsningen lå skjult rett foran øynene deres. Bokstavelig talt bare noen centimeter unna der alt skjedde.

Nøkkelen de oppdaget er noe som kalles "lokal pH" – og før øynene dine ruller, la meg forklare hvorfor dette faktisk betyr noe på en måte som kanskje vil overraske deg.

Du vet sikkert at pH måler hvor sur eller alkalisk noe er. Kaffe er svakt sur (rundt pH 5), mens natron er alkalisk (rundt pH 9). Kroppene våre jobber hardt for å opprettholde en ganske stabil pH på rundt 7,4.

Nå, i kjemiske reaksjoner som involverer elektrisitet, blir hydrogenioner (også kalt protoner) kontinuerlig produsert eller forbrukt ved elektrodene. Og her er greia: disse protonene kan ikke bevege seg gjennom væsken øyeblikkelig. Så selv om den totale løsningen kan se helt nøytral ut i et prøverør, kan ting bli veldig ute av balanse rett ved elektrodeflyten.

Forskerne beregnet at nær én elektrode kunne pH-verdien stige til rundt 11 (sterkt alkalisk). Nær den andre kunne den falle til omtrent 2,5 (sterkt sur).

Det er som forskjellen på natron og sitronsaft – alt skjer i et område som er tynnere enn et menneskehår.

Hvorfor bør du bry deg?

Godt spørsmål. Fordi ærlig talt bruker de færreste av oss dagene våre på å tenke på elektrodeflater eller pH-gradienter.

Men her er greia: kjemikaliene denne forskningen fokuserer på er ikke obskure laboratoriekuriositeter. Vi snakker om laktoner og epoksider – forbindelser som danner byggesteinene for:

• Bionedbrytbar plast (fordi vi desperat trenger mer av det)
• Polyuretan (finnes i alt fra sofaputer til isolasjon)
• Lim og beskyttende belegg
• Epoksyharpiks (brukes i elektronikk)
• Legemidler

Det er en ganske imponerende liste over ting som dukker opp i hverdagen.

Og selve teknikken? Den bruker oksygen og elektrisitet for å drive reaksjonene, noe som betyr at produsenter kanskje kan redusere avhengigheten av sterke kjemiske oksidasjonsmidler. Noen av disse midlene er ikke bare farlige å håndtere, men de genererer også problematiske avfallsprodukter.

Med andre ord handler ikke dette bare om å gjøre kjemien mer effektiv. Det kan gjøre den tryggere og renere også.

"Oops"-øyeblikket i vitenskapen

Det jeg synes er mest herlig med denne historien, er omfanget av oversettelsen.

Teamet testet ikke bare sine egne reaksjoner. De gikk tilbake og analyserte over 600 vitenskapelige artikler om organisk elektrosyntese publisert siden 2010. Og her er hva de oppdaget:

Omtrent 89 % av disse studiene involverte reaksjoner der både elektroner og protoner ble overført ved elektrodene.

På vanlig norsk: de fleste elektrokjemiske reaksjoner har sannsynligvis dette lokale pH-problemet. Forskere har famlet rundt og lurt på hvorfor resultatene deres er inkonsistente, mens synderen har skjult seg rett ved elektrodeflyten hele tiden.

Dette får meg til å tenke på alle de andre "åpenbare i ettertid"-oppdagelsene som venter på å bli funnet. Noen ganger handler ikke de største gjennombruddene om å finne opp noe helt nytt – de handler om å legge merke til det som har vært der hele tiden.

Hva skjer videre?

Professor Ryus team har publisert funnene sine i Journal of the American Chemical Society, noe som er en stor sak. Dette er ikke et obskurt tidsskrift – det er et av de mest respekterte kjemiske tidsskriftene i verden.

Nå vil det ta tid før denne kunnskapen siver inn i industrielle anvendelser. Men implikasjonene er ganske spennende. Kjemiske produsenter kan potensielt redesigne prosessene sine for å ta hensyn til lokale pH-effekter, noe som vil føre til høyere utbytte, mindre avfall og færre farlige ingredienser.

Og for forskerne der ute: det åpner opp en helt ny variabel å vurdere. Når du designer et elektrokjemisk eksperiment, handler det ikke lenger bare om spenning og elektrodematerialer – du må kanskje også tenke veldig nøye over hva som skjer i det lille, oversette grenselaget.

Noen ganger er ikke den viktigste faktoren i en oppskrift hovedingrediensene. Det er den ene subtile detaljen du har oversett.

I tiår har kjemikere over hele verden justert spenninger, byttet elektrodematerialer og endret løsningssammensetninger – alt mens den virkelige synderen (lokal pH) tålmodig ventet rett på overflaten.

Nå som vi vet hva vi skal se etter, hvem vet hvilke andre "skjulte faktorer" som bare venter på å bli oppdaget?

Én ting er sikkert: kjemien har nettopp blitt mye mer interessant.

Kilde: ScienceDaily