"Yanlış" Kimya Aslında İşe Yaradı

Tamam, itiraf etmeliyim ki; bu araştırmayı ilk okuduğumda, bir şeyler uymadığı için metni iki kez baştan okumak zorunda kaldım.

Bilim insanları, elektrik kullanarak belirli değerli kimyasallar üretmeye çalışıyorlardı (havalı terimiyle, organik elektrosentez denilen bir teknik). Her şeyi mükemmel şekilde kurmuşlardı: doğru voltaj, doğru elektrot malzemeleri, doğru çözelti. Ancak sonuçları sürekli hayal kırıklığı yaratıyordu. İstedikleri ürünün sadece yaklaşık %16'sını elde edebiliyorlardı.

Yüzde on altı. Bu temelde başarısız bir not demek.

Ama işler burada ilginçleşiyor. Profesör Jaeyune Ryu ve Seul Ulusal Üniversitesi'ndeki ekibi tarafından yönetilen araştırmacılar, bu hayal kırıklığı yaratan sonuçları öylece kabul etmekle kalmadılar. Bunun yerine, neyi gözden kaçırmış olabileceklerini sormaya başladılar.

Ve vay canına, bir şey buldular.

Reaktörlerinin tasarımında nispeten basit değişiklikler yaparak —özellikle elektrotlar arasındaki mesafeyi ve sıvının sistem içindeki akışını kontrol ederek— başarı oranlarını o berbat %16'dan tam %97'ye çıkarmayı başardılar.

Yüz. Doksan. Yedi. Yüzde.

Bu kademeli bir iyileşme değil. Bu, "belki farklı bir yöntem denemeliyiz" noktasından "hadi hemen bunun patentini alalım" noktasına geçmek demek.

Peki Tüm Zamanlar Boyunca Sorun Neydi?

Beni gülümseten (ve aynı zamanda kafamı karıştıran) şey şu: Çözüm, göz önünde saklanıyordu. Tam olarak olayların yaşandığı yerin birkaç santimetre uzağındaydı.

Keşfettikleri temel faktör "yerel pH" denilen bir şeydir —ve gözleriniz dalmadan önce, bunun neden aslında şaşırtıcı bir şekilde önemli olduğunu açıklayayım.

Muhtemelen pH'ın bir şeyin ne kadar asidik veya alkali olduğunu ölçtüğünü biliyorsunuzdur. Kahve hafif asidiktir (yaklaşık pH 5), karbonat ise alkalidir (yaklaşık pH 9). Vücudumuz, 7,4 civarında oldukça sabit bir pH seviyesini korumak için çok çalışır.

Şimdi, elektrik içeren kimyasal reaksiyonlarda, hidrojen iyonları (protonlar olarak da adlandırılır) elektrotlarda sürekli olarak üretilir veya tüketilir. Ve işin püf noktası şu: Bu protonlar sıvı içinde anında hareket edemezler. Bu nedenle, bir deney tüpündeki genel çözelti mükemmel derecede nötr görünse bile, elektrot yüzeyinin hemen yanında işler dengeden çok uzaklaşabilir.

Araştırmacılar, bir elektrotun yakınında pH'ın 11 civarına (güçlü alkali) çıkabileceğini hesapladılar. Diğerinin yakınında ise pH 2,5 civarına (güçlü asidik) düşebiliyordu.

Bu, bir insan saçından daha ince bir bölgede, karbonat ile limon suyu arasındaki fark gibidir.

Neden Bunu Önemsemelisiniz?

Güzel soru. Çünkü dürüst olmak gerekirse, çoğumuz günümüzü elektrot yüzeyleri veya pH gradyanları hakkında düşünerek geçirmiyoruz.

Ancak mesele şu: Bu araştırmanın odaklandığı kimyasallar, laboratuvarlardaki sıradan merak nesneleri değil. Şunların yapı taşlarını oluşturan bileşiklerden bahsediyoruz:

• Biyolojik olarak parçalanabilen plastikler (çünkü bunlardan çok daha fazla ihtiyacımız var)
• Poliüretanlar (mobilya minderlerinden yalıtıma kadar her şeyde bulunur)
• Yapıştırıcılar ve koruyucu kaplamalar
• Epoksi reçineler (elektronikte kullanılır)
• İlaçlar

Bu, günlük hayatta karşımıza çıkan oldukça etkileyici bir liste.

Peki ya tekniğin kendisi? Reaksiyonları yürütmek için oksijen ve elektrik kullanıyor, bu da üreticilerin sert kimyasal yükseltgen maddelere olan bağımlılıklarını azaltabileceği anlamına geliyor. Bu maddelerin bazıları sadece taşınması tehlikeli olanlar değil, aynı zamanda sorunlu atık ürünler de üreten maddelerdir.

Başka bir deyişle, bu sadece kimyayı daha verimli hale getirmekle ilgili değil. Onu daha güvenli ve temiz hale de getirebilir.

Bilimde "Eyvah" Anı

Bu hikayede en keyifli bulduğum şey, ihmalin boyutu.

Ekip sadece kendi reaksiyonlarını test etmekle kalmadı. 2010'dan bu yana yayınlanmış organik elektrosentez üzerine 600'den fazla bilimsel makaleyi geri dönüp analiz ettiler. Ve keşfettikleri şey şuydu:

Bu çalışmaların yaklaşık %89'u, elektrotlarda hem elektronların hem de protonların transfer edildiği reaksiyonları içeriyordu.

Sade bir dille: Çoğu elektrokimyasal reaksiyon muhtemelen bu yerel pH sorununa sahip. Araştırmacılar, suçlu tüm zaman boyunca elektrot yüzeyinde saklanırken, sonuçların neden tutarsız olduğunu merak ederek etrafta dolanıp duruyorlardı.

Bu bana, keşfedilmeyi bekleyen diğer tüm "geriye dönüp bakıldığında bariz" keşifleri düşündürüyor. Bazen en büyük atılımlar tamamen yeni bir şey icat etmekle ilgili değildir; orada duran şeyi fark etmekle ilgilidir.

Sırada Ne Var?

Profesör Ryu'nun ekibi bulgularını, ki bu büyük bir olaydır, Journal of the American Chemical Society'de yayınladı. Bu sıradan bir dergi değil; dünyanın en saygın kimya yayınlarından biridir.

Şimdi, bu bilginin endüstriyel uygulamalara yansıması zaman alacaktır. Ancak sonuçlar oldukça heyecan verici. Kimyasal üreticileri, yerel pH etkilerini hesaba katacak şekilde süreçlerini potansiyel olarak yeniden tasarlayabilirler; bu da daha yüksek verim, daha az atık ve daha az tehlikeli bileşen anlamına gelir.

Ve bilim insanları için bu, dikkate alınması gereken yepyeni bir değişken açıyor. Elektrokimyasal bir deney tasarlarken, artık sadece voltaj ve elektrot malzemeleriyle ilgili değil; aynı zamanda o küçük, gözden kaçan sınır tabakasında neler olup bittiği hakkında çok dikkatli düşünmeniz gerekebilir.

Bazen bir tarifteki en önemli faktör ana malzemeler değildir. Gözden kaçırdığınız o tek ince detaydır.

Onlarca yıl boyunca, dünyanın dört bir yanındaki kimyagerler voltajları ayarladı, elektrot malzemelerini değiştirdi ve çözelti bileşimlerini düzenledi; tüm bunlar olurken gerçek suçlu (yerel pH), yüzeyde sabırla bekliyordu.

Artık neye bakmamız gerektiğini bildiğimize göre, başka hangi "gizli faktörlerin" keşfedilmeyi beklediğini kim bilebilir?

Bir şey kesin: Kimya artık çok daha ilginç bir hal aldı.

Kaynak: ScienceDaily