Je! Ulijua juu ya majibu matakatifu ya grail katika kemia?
April 22, 2024
Linapokuja suala la gesi asilia, sio lazima usijue, na siku hizi hakuna kaya inayoweza kupika bila hiyo. Sehemu kuu ya gesi asilia ni methane, ambayo ni moja ya misombo rahisi ya hydrocarbon. Kuharakisha maendeleo na utumiaji wa methane ndio ufunguo wa kutambua maendeleo ya kijani na endelevu ya tasnia ya nishati na kemikali. Mbali na utumiaji wake wa moja kwa moja kama mafuta, methane pia inaweza kutumika kama rasilimali ya C1, ambayo ni, molekuli ambayo ina chembe ya kaboni na inaweza kuendelea kubadilishwa ili kuandaa kemikali zenye thamani kubwa, kama vile methanoli, formic asidi na kadhalika. Methane inaweza kuchomwa kwa oksijeni kuunda maji na dioksidi kaboni. Bila mwako, inawezekana kuamsha na kubadilisha vifungo vya hydrocarbon ya molekuli za methane chini ya hali kali? Jibu ni ndio! Hii ndio majibu ya "takatifu" katika uwanja wa michoro. Rejea zinazohusiana na "grail takatifu" mara nyingi ni ngumu sana, kwani zinaweza kuhitaji kufanywa chini ya hali kali, au zinaweza kuhitaji kuondokana na ugumu wa asili wa athari ya kemikali, kama vile uanzishaji wa misombo thabiti, ya chini Mazao, na uteuzi wa chini. Changamoto hizi hufanya iwe vigumu kutambua athari hizi, lakini ikiwa zinaweza kufanikiwa, zitasababisha mafanikio makubwa katika utafiti wa kisayansi na matumizi ya viwandani.
1.Challenges katika ubadilishaji wa methane kwa joto la chini Ni ngumu sana kubadilisha methane moja kwa moja kwa kemikali zingine muhimu zilizo na oksijeni ya bei rahisi kwa joto la chini au hata joto la kawaida, kwa nini? Wacha tuangalie asili ya methane na oksijeni. Muundo wa kemikali wa methane una vifungo vinne vya kaboni-hydrogen (CH) ambavyo huunda usanidi wa orthotetrahedral, na kila dhamana ya CH3-H ya methane ina nishati ya dhamana ya hadi 435 kJ/mol. Tunaweza kufikiria juu ya dhamana ya CH ya methane kama chemchemi yenye nguvu. Chemchemi hii ni taut sana na inahitaji nguvu nyingi kunyoosha. Katika kemia, "nguvu" hii ni nishati inayohitajika kuvunja dhamana ya CH. Nishati hii ya juu ya dhamana hufanya vifungo vya Methane's CH kuwa thabiti na ngumu sana kuvunja au kuguswa na chini ya hali ya kawaida. Kwa upande mwingine, katika athari za kemikali, vikundi vinavyotumika kawaida hutolewa chini ya mwingiliano wa polar (mwingiliano wa polar ni jambo ambalo molekuli ina mwisho mmoja kushtakiwa na nyingine kushtakiwa vibaya), wakati muundo wa ulinganifu na hali isiyo ya kawaida ya molekuli ya methane inazuia Ni kutoka kwa kutengeneza polarity kama hiyo (kulingana na usanidi wa Masi, molekuli iliyo na ndege ya ulinganifu haina polarity) na haiwezi kutoa vikundi tendaji. Kwa hivyo, uanzishaji na ubadilishaji wa methane ni changamoto sana na kawaida inahitaji hali kali kama vile joto la juu (600-1100 ° C) au "extrempiles" kama asidi kali na radicals za bure kusaidia katika uanzishaji wa methane. Kwa hivyo, ugumu kuu katika kutambua uanzishaji wa joto la chini la methane na oksijeni iko katika jinsi ya kuamsha dhamana ya CH ya methane, yaani, jinsi ya kunyoosha "chemchemi" katika dhamana ya CH. 2.Mujiza ya kichocheo Wanasayansi walikuja na suluhisho nzuri kwa shida hii, na waliamua kutumia kichocheo kusaidia kuamsha methane kwa joto la chini (kichocheo ni kemikali ambayo haibadilika kabla au baada ya majibu, lakini huharakisha athari kwa kubadilisha kiwango cha chini ya nishati ambayo inahitaji kuingizwa ili majibu yafanyike). Mnamo 2023, jarida la hesabu ya asili liliripoti juu ya mchakato wa kufanikisha ubadilishaji wa moja kwa moja wa methane na oksijeni hadi C1 oksidi (methanol (CH3OH), asidi ya kawaida (HCOOH), na methylene glycol (Hoch2OH) kwa kutumia molybdenum disulfide (MOS2) Kichocheo kwa 25 ° C. Ubadilishaji wa methane ya 4.2% na karibu 100% oksijeni ya C1 ilipatikana kwa kugeuza methane na oksijeni kuwa oksijeni ya C1 chini ya hali ya kawaida. MOS2 hii ndio kichocheo pekee kilichoripotiwa hadi sasa ambacho kinaweza kutambua ubadilishaji wa joto la chumba cha methane na oksijeni. Hii yote ni kwa sababu ya jiometri ya kipekee na muundo wa elektroniki wa tovuti ya MO kwenye makali ya MOS2. Tovuti hii ya MO ina shughuli kubwa ya uanzishaji kuelekea oksijeni katika mazingira ya maji, na kutengeneza aina ya kichawi O = MO = O* spishi. Spishi hii hufanya dhamana ya kaboni-hydrojeni iwe rahisi kuvunja na kupunguza nishati ya uanzishaji wa dhamana ya CH ya methane, na hivyo kuongeza sana reac shughuli ya methane, na kwa hivyo kugundua uanzishaji wa joto la chini la methane na oksijeni. Ugunduzi huu utaleta uwezekano zaidi wa utumiaji wa nishati ya baadaye na ulinzi wa mazingira, na pia kutupatia uelewa zaidi wa jukumu la kushangaza la vichocheo na wasaidizi.
Umuhimu wa kimkakati wa kiwango cha chini cha joto la methane Kugundua ubadilishaji wa moja kwa moja wa methane na oksijeni kwa joto la kawaida, na kubadilisha methane katika gesi asilia kuwa kemikali zingine muhimu, inaweza kuboresha sana kiwango cha utumiaji wa gesi asilia, kupunguza taka, na kulinda mazingira bora na kugundua maendeleo endelevu ya nishati . Pili, kama gesi ya chafu, methane ni ya pili tu kwa kaboni dioksidi katika mchango wake katika ongezeko la joto duniani. Ikiwa methane inaweza kubadilishwa kuwa vitu vingine, inaweza kutusaidia kupunguza uzalishaji wa uchafuzi wa hewa (kwa mfano oksidi za kaboni, oksidi za nitrojeni, oksidi za kiberiti, hydrocarbons, na misombo ya ether) na kupunguza shinikizo la ongezeko la joto duniani.
