مس و آهن با ارزشتر از طلا!
کیمیاگران باستان به دنبال تبدیل فلزات پایه، مثل سرب، به طلای گرانبها بودند. در حال حاضر فرآیند جدیدی در دانشگاه ایلینوی در شیکاگو پایهگذاری شده است که نشان میدهد فلزات پایه ممکن است ارزشی بیشتر از طلای هموزن خود را داشته باشند، مانند کاتالیزورهای ساخته شده از مواد خام مبتنی بر نفت که در تولید محصولات بی شماری استفاده میشوند.
این فرآیند به صورت آنلاین در مجله آمریکن کمیکال سوساییتی توضیح داده شد. مواد دارویی، قطعات الکترونیکی، پلاستیکها و سوختها تنها برخی از محصولات مبتنی بر نفت که یک مولکول هیدروکربن است هستند. اما برای استفاده از نفت، ابتدا باید پیوندهای شیمیایی بین اتمهای هیدروژن و کربن آن شکسته شوند تا بتوان عناصر دیگر را به آن اضافه کرد. روش شکستن آن پیوندها به غیر از روش سوزاندن یک چالش بزرگ برای شیمیدانها است.
نیل مانکاد، استادیار شیمی دانشگاه ایلینوی، کسی که این فرآیند را توسط دانشجوی کارشناسی ارشد خود به نام توماس مازاکانو ابداع کرده است میگوید: « پیوندهای کربن-هیدروژن بی اثر هستند و یک کاتالیزور برای تسهیل واکنشهای شیمیایی که باعث شکستن این پیوندها میشوند، مورد نیاز است.» اکثر کاتالیزورهای مورد استفاده در حال حاضر فلزات «نجیب»، کمیاب و گران قیمتی مانند پلاتین، پالادیوم و ایریدیوم هستند. آنها همچنین سمیاند، و حذف کامل آنها از مواد دارویی و سایر محصولات مورد مصرف انسان دشوار است.
مانکاد میگوید: «استفاده از این فلزات به این دلیل است که آنها واقعا به خوبی کار میکنند، و چندین جایگزین برای آنها وجود دارد، پیدا کردن جایگزین امنتر و ارزانتر برای این کاتالیزورهای فلز نجیب هدف اصلی شیمی مدرن است.»
مانکاد روشی برای استفاده از مس و آهن، هر دو با هم به جای کاتالیزور فلز بسیار نادر ایریدیوم ابداع کرده است که در یک فرآیند شیمیایی به نام بوریلیشن استفاده میشوند. اضافه کردن یک اتم بور به کربن اولین گام در سنتز بسیاری از محصولات، از داروهای شیمی درمانی تا چسبها و پلیمرها است.
مانکاد میگوید: «ایریدیوم کمیابترین عنصر در جدول تناوبی است و در واقع، بسیاری از این عنصر از شهاب سنگها به وجود میآید.»
در واکنش بوریلیشن، ایریدیوم دو الکترون به دست میآورد که پیوند کربن-هیدروژن را تشکیل میدهد و سپس آنها را به یک اتم بور میبخشد تا آن را به کربن متصل کند. در فرآیند مانکاد، مس و آهن هر دو با یک الکترون واکنش نشان میدهند، و با هم دو الکترون از یک پیوند کربن-هیدروژن را برای تشکیل پیوند کربن-بور انتقال میدهند.
مانکاد میگوید: «فلزات پایه هرگز برای این واکنشهای دو الکترونی مانند بوریلیشن در نظر گرفته نشده بودند. مس و آهن، که بسیار ارزان و فراوان هستند، زمانی که بسیار نزدیک به هم قرار داده میشوند، قادر به مراقبت از واکنشهای دو الکترونی، درست مانند ایریدیم هستند.»
مانکاد معتقد است روش تجزیه مبتنی بر فلزات پایه خود را میتواند به واکنشهای دیگری که مواد آلی را به محصولات نهایی مفید تبدیل میکنند، تعمیم دهد. گروه او به دنبال چنین کاربردهایی هستند و در حال کار برای عملی ساختن استراتژی خود برای رقابت با شیمی سنتی، فلز-نجیب هستند.
مانکاد میگوید: « استفاده از مس و آهن برای تسریع واکنشهای مورد نیاز برای ساخت بسیاری از چیزهایی که ما هر روز بر آنها تکیه داریم، به نفع محیط زیست خواهد بود و به کاهش هزینههای ضروری کمک خواهد کرد. مس و آهن فراوان و ارزان هستند، و بر خلاف فلزات نجیب لازم نیست که به طور کامل آنها را از محصولات نهایی زدود زیرا کمتر سمی هستند.»
