Las reacciones químicas ocurren a nuestro alrededor todo el tiempo; es obvio si lo pensamos, pero ¿cuántos de nosotros las experimentamos cuando arrancamos un coche, hervimos un huevo o abonamos el césped?
El experto en catálisis química Richard Kong ha estado reflexionando sobre las reacciones químicas. En su trabajo como "afinador profesional", como él mismo lo define, no solo le interesan las respuestas que surgen espontáneamente, sino también identificar nuevas respuestas.
Como becaria Klarman en Química y Biología Química en la Facultad de Artes y Ciencias, Kong trabaja en el desarrollo de catalizadores que impulsan las reacciones químicas hacia los resultados deseados, creando productos seguros e incluso de valor añadido, incluidos aquellos que pueden tener un impacto positivo en la salud de las personas. Miércoles.
“Una cantidad significativa de reacciones químicas se producen de forma natural”, dijo Kong, refiriéndose a la liberación de dióxido de carbono cuando los automóviles queman combustibles fósiles. “Pero las reacciones químicas más complejas no ocurren automáticamente. Aquí es donde entra en juego la catálisis química”.
Kong y sus colegas desarrollaron catalizadores para dirigir las reacciones que deseaban. Por ejemplo, el dióxido de carbono puede convertirse en ácido fórmico, metanol o formaldehído eligiendo el catalizador adecuado y experimentando con las condiciones de reacción.
Según Kyle Lancaster, profesor de Química y Biología Química (A&S) y moderador de Kong, el enfoque de este último encaja a la perfección con la metodología de investigación del laboratorio de Lancaster. «Richard tuvo la idea de usar estaño para mejorar su química, algo que nunca había contemplado», afirmó Lancaster. «Ha desarrollado un catalizador capaz de convertir selectivamente el dióxido de carbono, del que se habla mucho en la prensa, en algo más valioso».
Kong y sus colaboradores descubrieron recientemente un sistema que, bajo ciertas condiciones, puede convertir el dióxido de carbono en ácido fórmico.
“Si bien aún no contamos con la tecnología más avanzada en cuanto a capacidad de respuesta, nuestro sistema es altamente personalizable”, afirmó Kong. “De esta manera, podemos empezar a comprender mejor por qué algunos catalizadores funcionan más rápido que otros, por qué algunos son intrínsecamente mejores. Podemos ajustar los parámetros de los catalizadores e intentar comprender qué los hace funcionar más rápido, porque cuanto más rápido funcionan, mejor funcionan y más rápido se pueden crear moléculas”.
Según explicó, como becario Klarman, Kong también trabaja para eliminar los nitratos, un fertilizante común que se filtra tóxicamente en los cursos de agua, del medio ambiente y convertirlos en sustancias más inocuas.
Kong experimentó con el uso de metales que se encuentran en la tierra, como el aluminio y el estaño, como catalizadores. Estos metales son baratos, no tóxicos y abundantes en la corteza terrestre, por lo que su uso no planteará problemas de sostenibilidad, afirmó.
“También estamos trabajando en cómo crear catalizadores donde dos metales interactúan entre sí”, dijo Kong. “Al usar dos metales en una misma estructura, ¿qué reacciones y procesos químicos interesantes podemos obtener de los sistemas bimetálicos?”
Los bosques son el entorno químico que contiene estos metales; son fundamentales para liberar el potencial de estos metales y que cumplan su función, al igual que se necesita la ropa adecuada para el clima adecuado, dijo Kong.
Durante los últimos 70 años, el método estándar ha sido utilizar un único centro metálico para lograr transiciones químicas, pero en la última década, los químicos del sector han comenzado a investigar la unión de dos metales, ya sea químicamente o en proximidad. En primer lugar, explica Kong, «esto ofrece más libertad».
Según Kong, estos catalizadores bimetálicos permiten a los químicos combinar catalizadores metálicos en función de sus fortalezas y debilidades. Por ejemplo, un centro metálico que se une débilmente a los sustratos pero rompe bien los enlaces puede funcionar con otro centro metálico que rompe mal los enlaces pero se une bien a los sustratos. La presencia del segundo metal también afecta las propiedades del primero.
“Se puede empezar a obtener lo que llamamos un efecto sinérgico entre los dos centros metálicos”, dijo Kong. “El campo de la catálisis bimetálica ya está empezando a mostrar una reactividad realmente única y maravillosa”.
Kong afirmó que aún existen muchas incógnitas sobre cómo se unen los metales entre sí en los compuestos moleculares. Le entusiasmaba tanto la belleza de la química en sí como los resultados. Kong fue contratado por los Laboratorios de Lancaster por su experiencia en espectroscopia de rayos X.
“Es una simbiosis”, dijo Lancaster. “La espectroscopia de rayos X ayudó a Richard a comprender lo que sucedía tras bambalinas y qué hace que el estaño sea particularmente reactivo y capaz de esta reacción química. Nos beneficiamos de su amplio conocimiento de la química de los elementos del grupo principal, lo que abrió las puertas del grupo a un nuevo campo”.
Según Kong, todo se reduce a la química básica y la investigación, y este enfoque es posible gracias a una beca Open Klarman.
“En un día normal, puedo realizar reacciones en el laboratorio o sentarme frente a una computadora a simular moléculas”, dijo. “Estamos tratando de obtener una imagen lo más completa posible de la actividad química”.