میدان الکتریکی سرعت واکنشهای شیمیایی را افزایش می دهد

نظریه ای به تایید رسیده مبنی براینکه میدان الکتریکی گاهی اوقات قادر است جایگزین کاتالیزورها شده و سرعت بروز واکنش شیمیایی را افزایش دهد.

مبدع این ایده بر این عقیده است که روش کنونی را نمیتوان برای تولید محصولات شیمیایی بصورت گسترده و عمده مورد استفاده قرار داد اما می توان از آن برای تولید مواد شیمیایی با ارزش سود جست. بعلاوه انرا می توان بعنوان ابزاری تحقیقاتی و نیرومند برای درک این موضوع که واکنشهای شیمیایی چگونه حادث می شوند بکار بست.

زیست شناسی و شیمی صنعتی هر دو وابسته به کاتالیزورها هستند. کاتالیزورها موادی هستند که واکنشهای شیمیایی را آغاز کرده یا سرعت می بخشند بدون اینکه خود در فرآیند شیمیایی تغییری کنند.

پروفسور میشله کوته از دانشگاه ملی استرالیا می گوید: “طبیعت از آنزیمها بعنوان کاتالیزورهای نهایی و خارق العاده ای سود می برد که قادرند سرعت واکنش را 14 برابر کنند”. با وجود این یافتن یک کاتالیزور مناسب برای واکنشی خاص اغلب دشوار بوده و اگر چنین کاتالیزوری موجود باشد بسیار گران است.

بنا به گفته ی کوته یکی از راه هایی که کاتالیزورها عمل می کنند بواسطه ی ایجاد میدانهای الکتریکی محلی می باشد. با قرار دادن معرفها (مواد خام واکنش) در محل مناسبی از میدان الکتریکی کاتالیزور میتواند موجب تحریک واکنش گردد. کوته حدس زد اگر معرفها در محل مناسبی از میدان الکتریکی قرار داده شوند واکنش حتی بدون وجود کاتالیزورها هم سرعت بیشتری خواهد یافت.

کوته و همکارانش نخستین نمایش موفق حدس این خانم دانشمند را در مقاله ای در نشریه ی نیچر اعلام نمودند.

بطور طبیعی واکنشها از وجود میدان الکتریکی سود نمی برند زیرا قطبیت مولکولها بصورت تصادفی ردیف بندی می گردد. نتیجتاً برای کسب نتیجه ی مناسب گروه باید اطمینان می یافت هر دو معرف در جهت مناسبی وارد میدان شده اند.

کوته به گردانندگان نشریه ی علمی IFLScience گفت: ” در آزمایشی که انجام دادیم یک مولکول را با پیوندی شیمیایی به سطحی متصل کردیم و ملکول دیگر را به نوک میکروسکوپ تونل زنی پویشی چسباندیم”. سپس میدان الکتریکی نیرومندی تولید شد. با این کار واکنش دیلز-آدلر (که بخشی از واکنشهای ارگانیک و مشهوریست که برای تولید مولکولهای با شش اتم کربن بکار می رود) پنج برابر سرعت عادی اتفاق افتاد آنهم بدون استفاده از کاتالیزور.

با این وجود تولید مقدار مناسب ماده ی شیمیایی (حال هر ماده ای می خواهد باشد) به این روش چالش برانگیز است. در این رابطه کوته به IFLScience چنین گفت: “نمیتوان در واکنش شیمیایی غول پیکری از باتری استفاده کرد. نیروی میدان برای واکنشهای بزرگ بسیار کوچک است. البته در شرایط محدودی که مقادیر ناچیزی ماده شیمیایی مورد نیاز باشد و واکنشها سرعت بسیار پایینی در حالت طبیعی داشته باشند امکان دارد معرفها را با پیوندی شیمیایی به سطحی پیوند زد و بعد آن پیوند را در ادامه شکست. این کار در حالتی که بر خلاف مقاله ی نشریه ی نیچر با یک معرف صورت بگیرد نه با دو معرف هزینه ای قابل تامل تر خواهد داشت.”

در حال حاضر کوته امیدوار است استفاده از میدان های الکتریکی برای تسریع واکنشها بعنوان ابزار تحقیقاتی مفیدی پذیرفته گردد. بویژه امید دارد میدانهای الکتریکی را به جای گرما یا نور در تولید پلیمرهای خود-ترمیم بکار برد.

در حرفهای پایانی کوته به IFLScience چنین گفت: “بر این باورم اگر میدانهای الکتریکی به اندازه ی کافی نیرومند باشند میتوانند بر تمام واکنشهای شیمیایی موثر واقع شوند. حتی گمان می کنم میدان الکتریکی بالنسبه قدرتمند هم می تواند بر بیشتر واکشنها موثر باشد مشروط بر اینکه از چه گروه های رادیکال آزاد باردار استفاده کنیم. در واقع چالش ما یافتن راه هایی برای پیدا کردن محل مناسب معرفها در میدان است.”

منبع:Iflscience