रसायनशास्त्रातील पवित्र ग्रेईल प्रतिक्रियेबद्दल आपल्याला माहिती आहे काय?
April 22, 2024
जेव्हा नैसर्गिक वायूचा विचार केला जातो तेव्हा आपण त्यास अपरिचित नसावे आणि आजकाल कोणतेही घरगुती त्याशिवाय स्वयंपाक करू शकत नाही. नैसर्गिक वायूचा मुख्य घटक मिथेन आहे, जो सर्वात सोपा हायड्रोकार्बन संयुगे आहे. उर्जा आणि रासायनिक उद्योगाच्या हिरव्या आणि टिकाऊ विकासाची जाणीव करण्यासाठी मिथेनच्या विकास आणि उपयोगाला गती देणे ही गुरुकिल्ली आहे. इंधन म्हणून त्याच्या थेट वापराव्यतिरिक्त, मिथेनचा वापर सी 1 रिसोर्स म्हणून देखील केला जाऊ शकतो, म्हणजेच, एक रेणू ज्यामध्ये कार्बन अणू असते आणि मिथेनॉल, फॉर्मिक सारख्या उच्च-मूल्यवर्धित रसायने तयार करण्यासाठी रूपांतरित केले जाऊ शकते. acid सिड वगैरे. पाणी आणि कार्बन डाय ऑक्साईड तयार करण्यासाठी मिथेन ऑक्सिजनमध्ये जाळले जाऊ शकते. दहन न करता, सौम्य परिस्थितीत मिथेन रेणूंचे हायड्रोकार्बन बॉन्ड सक्रिय आणि रूपांतरित करणे शक्य आहे काय? उत्तर होय आहे! कॅटालिसिसच्या क्षेत्रात ही "होली ग्रेईल" प्रतिक्रिया आहे. "होली ग्रेईल" शी संबंधित प्रतिक्रिया बर्‍याचदा आव्हानात्मक असतात, कारण त्यांना अत्यंत कठोर परिस्थितीत करण्याची आवश्यकता असू शकते किंवा त्यांना अत्यंत स्थिर संयुगे सक्रिय करणे यासारख्या रासायनिक प्रतिक्रियेच्या मूळ अडचणींवर मात करण्याची आवश्यकता असू शकते. उत्पादन आणि कमी निवड. या आव्हानांमुळे या प्रतिक्रियांची जाणीव करणे कठीण होते, परंतु जर ते यशस्वीरित्या साध्य केले गेले तर ते वैज्ञानिक संशोधन आणि औद्योगिक अनुप्रयोगांमध्ये महत्त्वपूर्ण प्रगती करतील.
1. कमी तापमानात मिथेनच्या रूपांतरणात chalenges कमी तापमानात किंवा खोलीच्या तपमानावर स्वस्त ऑक्सिजन असलेल्या इतर उपयुक्त रसायनांमध्ये थेट मिथेनचे रुपांतर करणे फार कठीण आहे, ते का आहे? चला मिथेन आणि ऑक्सिजनचे स्वरूप पाहूया. मिथेनच्या रासायनिक संरचनेत चार समान कार्बन-हायड्रोजन बॉन्ड्स (सीएच) असतात जे अत्यंत सममितीय ऑर्थोटेट्राहेड्रल कॉन्फिगरेशन तयार करतात आणि मिथेनच्या प्रत्येक सीएच 3-एच बाँडमध्ये 435 केजे/मोल पर्यंतचे बंधन उर्जा असते. आम्ही मिथेनच्या सीएच बाँडचा विचार विशेषतः मजबूत वसंत ass तू म्हणून करू शकतो. हा वसंत .तु खूप त्रासदायक आहे आणि त्यासाठी ताणण्यासाठी बरीच शक्ती आवश्यक आहे. रसायनशास्त्रात, ही "शक्ती" ही सीएच बाँड तोडण्यासाठी आवश्यक उर्जा आहे. ही उच्च बाँडिंग उर्जा मिथेनच्या सीएच बंधन थर्मोडायनामिकली स्थिर करते आणि सामान्य परिस्थितीत तोडणे किंवा प्रतिक्रिया देणे खूप कठीण करते. दुसरीकडे, रासायनिक प्रतिक्रियांमध्ये, प्रतिक्रियाशील गट सामान्यत: ध्रुवीय परस्परसंवादाखाली तयार केले जातात (ध्रुवीय परस्परसंवाद ही एक घटना आहे की रेणूच्या एका टोकाचा सकारात्मक चार्ज केला जातो आणि दुसरा नकारात्मक चार्ज केला जातो), तर मिथेन रेणूचे सममितीय रचना आणि नॉनपोलर निसर्ग प्रतिबंधित करते हे अशा ध्रुवपणा व्युत्पन्न करण्यापासून (आण्विक कॉन्फिगरेशननुसार, सममिती विमान असलेल्या रेणूला ध्रुवीकरण नसते) आणि प्रतिक्रियाशील गट प्रदान करू शकत नाही. म्हणूनच, मिथेनचे सक्रियकरण आणि रूपांतरण अत्यंत आव्हानात्मक आहे आणि सामान्यत: उच्च तापमान (600-1100 डिग्री सेल्सियस) किंवा मिथेनच्या सक्रियतेस मदत करण्यासाठी सुपर-स्ट्रॉंग ids सिडस् आणि फ्री रॅडिकल्स सारख्या काही "एक्स्ट्राफोफिल्स" सारख्या कठोर परिस्थितीची आवश्यकता असते. म्हणूनच, मिथेन आणि ऑक्सिजनची कमी-तापमान सक्रियता लक्षात घेण्यात मुख्य अडचण आहे, मिथेनचे सीएच बॉन्ड कसे सक्रिय करावे, म्हणजेच, सीएच बाँडमध्ये "वसंत" कसे ताणले पाहिजे. २. उत्प्रेरकाचा चमत्कार शास्त्रज्ञांनी या समस्येचे चांगले निराकरण केले आणि कमी तापमानात मिथेन सक्रिय करण्यासाठी उत्प्रेरकाचा वापर करणे निवडले (एक उत्प्रेरक एक रसायन आहे जे प्रतिक्रियेच्या आधी किंवा नंतर बदलत नाही, परंतु कमीतकमी प्रमाणात बदल करून प्रतिक्रिया वेगवान करते प्रतिक्रियेसाठी इंजेक्शन देणे आवश्यक असलेल्या उर्जेचे). २०२23 मध्ये, जर्नल नेचर कॅटॅलिसिसने ऑक्सिजनसह मिथेनचे थेट रूपांतरण सी 1 ऑक्साईड्स (मिथेनॉल (सीएच 3 ओएच), फॉर्मिक acid सिड (एचसीओओएच) आणि मिथिलीन ग्लायकोल (एचओसीएचओओएच) आणि विशिष्ट मोलिब्डेनम डिसल्फाइड (एमओएस 2) वापरून नोंदवले. 25 डिग्री सेल्सिअस तापमानात उत्प्रेरक. 2.२% आणि जवळजवळ १००% सी 1 ऑक्सिजनचे मिथेन रूपांतरण सभोवतालच्या परिस्थितीत मिथेन आणि ऑक्सिजनला मौल्यवान सी 1 ऑक्सिजनमध्ये बदलून प्राप्त केले गेले. हा एमओएस 2 आतापर्यंतचा एकमेव उत्प्रेरक आहे जो मिथेन आणि ऑक्सिजनच्या खोलीच्या तपमान रूपांतरणाची जाणीव करू शकतो. हे सर्व एमओएस 2 च्या काठावरील एमओ साइटच्या अद्वितीय भूमिती आणि इलेक्ट्रॉनिक संरचनेमुळे आहे. या एमओ साइटमध्ये जलीय वातावरणात ऑक्सिजनच्या दिशेने उच्च सक्रियता क्रियाकलाप आहे, ज्यामुळे जादुई ओ = मो = ओ* प्रजाती बनतात. ही प्रजाती कार्बन-हायड्रोजन बॉन्डला मिथेनच्या सीएच बॉन्डची सक्रियता उर्जा कमी करण्यास सुलभ करते आणि यामुळे मिथेनची प्रतिक्रिया मोठ्या प्रमाणात वाढते आणि अशा प्रकारे मिथेन आणि ऑक्सिजनची कमी-तापमान सक्रियता लक्षात येते. हा शोध भविष्यातील उर्जा वापर आणि पर्यावरणीय संरक्षणासाठी अधिक शक्यता आणेल, तसेच उत्प्रेरक आणि सहाय्यकांच्या आश्चर्यकारक भूमिकेबद्दल आपल्याला सखोल ज्ञान देईल.
3. मिथेनच्या कमी-तापमान सक्रियतेचे धोरणात्मक महत्त्व खोलीच्या तपमानावर मिथेन आणि ऑक्सिजनचे थेट उत्प्रेरक रूपांतरण आणि नैसर्गिक वायूमध्ये मिथेनला इतर उपयुक्त रसायनांमध्ये रूपांतरित करणे, नैसर्गिक वायूचा उपयोग दर मोठ्या प्रमाणात सुधारू शकतो, कचरा कमी होऊ शकतो आणि वातावरणाचे अधिक चांगले संरक्षण करू शकते आणि उर्जेच्या शाश्वत विकासाची जाणीव करू शकते ? दुसरे म्हणजे, ग्रीनहाऊस गॅस म्हणून, ग्लोबल वार्मिंगच्या योगदानामध्ये मिथेन कार्बन डाय ऑक्साईडच्या दुसर्‍या क्रमांकावर आहे. जर मिथेनला इतर पदार्थांमध्ये रूपांतरित केले जाऊ शकते तर ते वायू प्रदूषक (उदा. कार्बन ऑक्साईड्स, नायट्रोजन ऑक्साईड्स, सल्फर ऑक्साईड्स, हायड्रोकार्बन आणि इथर संयुगे) चे उत्सर्जन कमी करण्यास आणि जागतिक तापमानवाढीचा दबाव कमी करण्यास मदत करू शकते.
