iPon Cikkek

A harmadik évezred alkímiája

Dátum | 2012. 10. 18.
Szerző | Jools
Csoport | EGYÉB

Az alkímia hívei az ókor óta rendületlenül, ám sikertelenül próbálkoztak azt elérni, hogy a vashoz vagy ólomhoz hasonló közönséges fémeket olyan értékes anyagokká alakítsák, mint az arany vagy a platina. Paul Chirik, a Princeton vegyésze mágikus praktikák helyett tudományos úton igyekszik megvalósítani ugyanezt, és úgy tűnik, hogy jó úton halad. A kutatónak sikerült olyan vasat csinálnia, amely kémiai reakciókban úgy működik, mintha platina lenne. Sajnálatos módon ő sem képes a vasdarabot csillogó-villogó ékszerekké változtatni, eredményei azonban ugyanúgy kincset érhetnek, ha helyet kapnak a nagyipari gyártási folyamatokban.

Módszere révén újfajta gyártástechnológiák terjedhetnek el, és lehetőség nyílhat arra, hogy a gyártók elkerüljék azon elemek használatát, amelyek túl ritkák, drágák, vagy akár technikai, akár geopolitikai okokból nehezen hozzáférhetőek. „Egyetlen vegyész sem gondolja úgy, hogy a lítiumból hiány lehet, de mi lesz akkor, ha minden egyes autóba lítiumion-akkumulátor kerül?” – kérdi Chirik. Ezek azok az okok, amelyek miatt a kémiának lépéselőnyben kell lennie a technológiával szemben. Adaptálható megoldásokat kell kiötlenünk, folytatja.

Az irídiumot, a platinát és a ródiumot magas áruk és relatív ritkaságuk ellenére is számos gyártási folyamatban használjuk a farmergyártástól kezdve, a sörfőzésen és a gyógyszergyártáson át, az üzemanyagcellák előállításáig. Az értékes fémeket elsődlegesen katalizátorként alkalmazzák az egyes részfolyamatok során, mivel ezekkel segítik elő a vegyi reakciók gyorsabb lefolyását.



Chirik úgynevezett oldott katalizátorokkal foglalkozik, amelyek benne maradnak a végtermékben. Egyfajta platinatartalmú oldatot használnak például az olyan szilikonos emulgeálószerek létrehozására, amelyek létfontosságúak a kozmetikai termékek, edények és ragasztók gyártásához. Az ilyen katalizátorok drága részecskéi rengeteg termékben megtalálhatók, a farmer is aprócska platinadarabkákat tartalmaz például, mivel ezeket lehetetlen kinyerni a végtermékből a gyártási folyamat végeztével. „Attól nem kell félni, hogy kimerítjük a platinakészleteket, de ezek a procedúrák hosszú távon fenntarthatatlanok lesznek” – mondja Mathew Hartings, a Washingtoni Egyetem vegyésze.

Chirik módszere abban áll, hogy a vasmolekulát egy ligandumnak nevezett organikus molekulába csomagolja bele, amely megváltoztatja az eredeti molekula kötés kialakítására képes elektronjainak számát, valamint egyfajta külső állványzatként új formát ad a molekulának. „A geometria pedig nagyon fontos eleme a kémiának” – mondja Hartings. A ligandum által módosított forma az egyik előfeltétele annak, hogy vas el tudja látni a feladatát a katalizálni kívánt reakciók elősegítésében.

Chirik laboratóriumában a vason kívül annak periódusos rendszerbeli szomszédjával, a kobalttal is foglalkoznak. Ez utóbbi felhasználásával olyan új reakciót sikerült létrehozniuk, amelyhez hasonlóval korábban még nem találkoztak. A végtermék egy új típusú műanyag, amelyet nagyon olcsó anyagokból lehet előállítani. A kobalt ára azonban jelentősen megugrott a kutatás kezdeti időszakához képest, mivel az iPadok és iPhone-ok akkumulátorainak egyik összetevőjéről van szó. „Az iPad megjelenése teljesen megváltoztatta a kobalt megítélését: valami, ami sokáig teljesen értéktelennek tűnt, hirtelen nagyon is értékes lett” – mondja Chirik.

És míg a kobalt emelkedő ára talán keresztülhúzza a labor kutatóinak számítását, ami az olcsó műanyaggyártást illeti, ez az eset remek példája annak, hogy a technológiai fejlesztéseket kiszolgáló iparágakban milyen fokú rugalmasságra van szükség. 

A bőségesebben hozzáférhető elemek katalizátorként való felhasználása logikus lépés, és igény is mutatkozik rá, mondja Roderick Eggert, a Coloradoi Bányászati Egyetem közgazdásza. A mesterségesen előállított kémiai anyagok, és az ezek közreműködésével legyártott végtermékek létrehozása az esetek túlnyomó többségében katalizátorokat igényel. A katalizátorok többsége viszont nemesfém, vagyis platina, palládium vagy ródium, és mint ilyen, nagyon drága. Egy kilogramm platina 48 500 dollárba kerül, egy kiló vas ára viszont alig haladja meg az egy dollárt.

Kémia szakos egyetemi hallgatóként Chirik olyan reakciókkal kísérletezett, amelyekben irídiumot használt katalizátorként. Ennek kilogrammonkénti ára 35 ezer dollár, így nem csoda, hogy a labor vezetője íróasztala egyik zárható fiókjában tartotta kincset érő anyagot. „Be kellett menni az irodába, majd az irídiumot két kézbe fogva, közben senkihez egy szót sem szólva, óvatosan átsétálni a laborba” – meséli a kutató. Ez az élmény adta az ötletet mostani kutatási területéhez: azon kezdett gondolkodni, hogy nem lehetne-e ugyanazt a hatást olcsóbb anyagokkal elérni.

A princetoni laborban egy vákuumkamrában vizsgálják az új tulajdonságokkal rendelkező vasat, hogy megakadályozzák annak rozsdásodását. A korrózió lehet a vas katalizátorként való használatának az egyik legnagyobb akadálya, mivel ennek megakadályozása nem egyszerű és nem is olcsó. „Nem arról van szó. hogy összeütünk otthon egy tál spagettit” – mondja Chirik, utalva arra, hogy milyen anyagmennyiségekről van szó, amikor ipari méretekben folynak a vegyi reakciók. Azt már csak a jövő döntheti el, hogy a levegőre érzékeny katalizátor használata kapcsán felmerülő problémákon túl lehet-e lépni annak érdekében, hogy ne a drága, és súlyos környezeti károk árán hozzáférhető nemesfémeket kelljen használni a továbbiakban.


Chirik laborjában két edényben látszólag teljesen egyforma ragasztó található: az egyik vas, a másik platina katalizátorral készült. Ennek megvalósításához azonban csaknem egy évtized munkája kellett. „Az egyik ok, amiért többségünk tanulmányozni kezdte ezt a fajta kémiát az, hogy a fémtartalmú keverékek nagyon érdekes színvilágot vonultatnak fel, amelyet egyszerűen jó látni” – mondja a kutató. „Ha azonban olyasvalamin dolgozunk, amiből ragasztó vagy egy sampon alapanyaga lesz, nem igazán előnyös, ha fekete a színe.”

Chirik kutatásának egyik fő támogatója a Chevron and Momentive nevű szilikongyártó cég, és a Merck gyógy- és vegyszergyár is a szponzorok közé tartozik, mivel számos gyártási folyamatukban használnak ródiumot vagy palládiumot katalizátorként. A Chevron and Momentive mérnökei jelenleg egy olyan üzemanyagbarát autógumin dolgoznak, amelynek előállítása során vasat használnak katalizátorként a megszokott platina helyett.

Chirik laborjában egy másik nagy projekt is folyik, olyan katalizátorokat keresnek, amelyek segítségével a levegő nitrogénjét hatékonyabb módon lehet átalakítani, hogy például műtrágyát, vagy éppen szőnyeg-alapanyagot gyártsanak belőle. A jelenleg a légköri nitrogénból a Haber–Bosch-eljárással állítanak elő ammóniát, ez azonban olyannyira energiaigényes, hogy a globális energiafelhasználás egy teljes százalékát teszi ki.

A fenntartható fejlődés megvalósítása során általában olyan dolgokra koncentrálunk, mint a kiürült műanyag palackok újrafelhasználása vagy az üzemanyag-fogyasztás csökkentése, mondja Chirik. Ezek is fontosak persze, de csak egy részletét jelentik a teljes képnek. Arra is figyelnünk kell, hogyan gyártjuk le a különféle termékeket.

„Ha megveszünk egy farmert, a periódusos rendszer legfurcsább és igen ritka elemeit használták annak előállításához” – mondja Chirik. „Megvásárolunk egy Priust, és azt hisszük, hogy jót tettünk vele a környezetnek, de közben a gyártás során felhasznált neodímium egy mongol külszíni fejtésből származik.” Igazi ökológiai tudatosságról majd akkor beszélhetünk, ha teljesen leállunk a ritka és csak nagy környezeti károk árán bányászható anyagok felhasználásával, vallja a szakértő. 

Új hozzászólás írásához előbb jelentkezz be!

Eddigi hozzászólások

12. oliba
2012.10.18. 10:15
A cikkért grat, a beszúrt kép pedig nagyon szépen néz ki. Mehetne háttérbe, ha nagy lenne

Lassan jön a műhús és a műérc, ezen a téren is kell már az előrelépés, már jópárezer éve ezeket használjuk
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
11. benczeb90
2012.10.18. 10:54
Jó cikk. Köszi.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
10. Jools
2012.10.18. 11:41
oliba: köszi ebből sajna most nem találok nagyobbat, de írd be a gugliba, hogy open-pit mine (külszíni fejtés), ott akad néhány hasonlóan látványos, háttérképnek is alkalmatos darab.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
9. oliba
2012.10.18. 11:57
Köszi, keresek akkor párat
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
8. tokyofej Jools
2012.10.18. 13:01
Szegény tudósnak milyen keserű a szája, a szórakoztatóipar(ipad) hátráltatja a tudományos(értelmes) munkát.

OFF: Akkor ezek szerint nem vagyok egyedül. Marhajók a képek a cikkekben, mindig próbálom levadászni őket, de nem mindig találom a megfelelő angol kifejezéseket.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
7. Gardener
2012.10.18. 17:50
Üdv.
másik platina indikátorral készült
Nem inkább katalizátor? A kettő nem ugyanaz.
katalizátor=elősegítő vs. indikátor=jelző

Csak kérdezem.

Peace
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
6. prohlep
2012.10.18. 19:25

Köszönöm a cikkeket, tehát nem csak ezt, hanem a többit is. Mostanában kevesebb az energiám hozzá is szólni, de azért a cikkek többségét elolvasom, és örülök nekik.

 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
5. Jools
2012.10.18. 20:53
Gardener: hopsz, az tényleg elírás, köszi, javítva
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
4. Whysper
2012.10.18. 22:57
Erről nekem csak egy dolog jut eszembe. Mikor a Ati 4... széria után jött az 5... és a 6...-osra azt mondták, hogy olcsóbb gyártási technológia és alapanyag kerül a 6...-os szériával bevezetésre és nézzük meg a vga árakat!! ) egy i5 K-s intel + 8 giga ram + egy értelmes alaplap annyiba kerül mint egy VGA sőt anglibá néztem intel K-s i5 +8 corsair + giga alaplap húzáshor 250 font körül van a ati 7870 198 fontnál kezdődik.

 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
3. Svindler
2012.10.19. 02:20
tokyofej: gúgli tud kifejezetten képre is tölteni. Leszeded innen a képet vagy a linkjét és megmutatod neki, hogy ezt szeretnéd, néha meglepően jók a találatai
[LINK]
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
2. norbi119
2012.10.20. 14:06
"hogy a vasmolekulát egy ligandumnak nevezett organikus molekulába csomagolja bele"
Vasmolekula közönséges körülmények között nincs (talán gőzállapotban előfordulhat). A vas egy fémes elem és a kristályrács rácspontjain vasatamok vannak. Szóval vagy a vas atomot komplexálja (mint ahogy pl. a káliumot vagy a nátriumot a koronaéterek) vagy egy vastartalmú szerves vegyületet csomagol be egy másik szerves vegyületbe. (valószínűleg az első, mert az elemi vasnak van főleg katalitikus hatása, bár pl. a benzol Friedel-Crafts alkilezéséhez pont egy vas vegyület a FeCl3 kell szóval ezt jó lenne tisztázni)
Másrészt minden olyan vegyületcsoportot ami valamilyen önkényesen kiválasztott központi részhez kapcsolódik ligandumnak nevezünk. Szóval a ligandum nem a szerves molekula konkrét neve, csak megjelöli, hogy a rendszer központi atomja a vas, és ehhez kapcsolódik a szerves ligandum.
(a magyar kémiai szakirodalomban a fémorganikus szón kívül mindig a szerves szót használjuk pl. szerves kémia, szerves vegyipar, szerves molekulák stb.)

És egy kérdés a végére: mi az hogy üzemanyagbarát autógumi?
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
1. norbi119
2012.10.20. 14:29
Nah, közben megtaláltam az eredeti NYT cikket. "wraps an iron molecule" ez az akart lenni, hogy egy bizonyos vasat tartalmazó molekulát csomagoltak be. A képen viszont a komplex mellett vasatomot írnak.

Úgy tűnik a New York Times is hibázik néha.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!