کاتالیزگرها در زندگی ما چه میکند؟
مجله علمی ایلیاد - کاتالیزگرها قهرمانان ناشناختهی واکنشهای شیمیایی حیاتی در جوامع انسانی هستند. کاتالیزگر مادهای است که سرعت واکنشهای شیمیایی را افزایش میدهد. با کمک کاتالیزگرها مولکولهایی که برای برهمکنش به سالها زمان نیاز داشتند در چند ثانیه برهمکنش میکنند. کارخانهها با تکیه بر کاتالیزگرها است که میتوانند از پلاستیک تا دارو را بسازند. کاتالیزگرها همچنین در فرآوری نفتخام و زغالسنگ به سوختهای مایع کمک میکنند. آنها همچنین در فناوریهای انرژیپاک نقش کلیدی دارند. کاتالیزگرهای طبیعی بدن انسان (آنزیمها) نقش مهمی از گوارش گرفته تا بیشتر از آن را ایفا میکنند.
در خلال واکنشی شیمیایی، مولکولها پیوندهای میان اتمهایشان را میشکنند. اتمها همچنان پیوندهای تازهای با دیگر اتمها میسازند. این درست همانند یارگیری در رقصهای محلی است. گاهی این یارگیریها دوام چندانی ندارد. یک مولکول شاید خواصی داشتهباشد که اتمهایش را از مولکولهای دیگر دریغ کند. اما در شراکتی پایدار، مولکولها چناناند که اتمهایشان برای زمانهای طولانی در کنار هم میمانند. شاید چندتایی شریک خود را عوض کنند، ولی این روندی همیشگی نیست. کاتالیزگرها با کاهش انرژی فعالسازی سبب میشوند که این گسستنها و پیوستنها پیدرپی رخ دهد. انرژی فعالسازی مقدار انرژیای است که نیاز است تا واکنشی شیمیایی رخ دهد. کاتالیزگرها تنها مسیر واکنش را به سوی همدمی شیمیایی تازه تغییر میدهند و بزرگراهی میانبر به جای راهی پردستانداز میسازند. آنها در واکنش مصرف نمیشوند و تنها مولکولهای دیگر را تشویق به واکنش میکنند و پس از انجام این کار کنار میروند.
آنزیمها کاتالیزگرهای طبیعی هستند. آنها هر نقشی از رونوشتگیری مواد ژنتیکی گرفته تا درهم شکستن غذا و مواد مغذی را بر عهده دارند. کارخانهها اغلب کاتالیزگرها را برای سرعت بخشیدن به فرآیندهای صنعتی میسازند. یکی از فناوریهایی که نیازمند کاتالیزگر است پیلهای سوختی هیدروژنی است. در این سازهها گاز هیدروژن (H2) با گاز اکسیژن (O2) واکنش میدهد تا آب (H2O) و الکتریسته تولید شود. این سامانه را میتوان در خودروهای هیدروژنی که از آن برای تولید الکتریستهی موتور به کار میرود، یافت. در پیلهای سوختی باید اتمها در مولکولهای اکسیژن و هیدروژن از هم جدا شوند بهگونهای که در یک نوآرایی تازه بتوانند مولکول آب ایجاد کنند. بدون کمک کاتالیزگر این فرآیند به آرامی رخ میدهد برای همین است که در عمل کاتالیزگر پلاتین را برای پیش راندن واکنش به کار میبرند.
پلاتین به خوبی در پیلهای سوختی کار میکند، چون بهخوبی با گازها واکنش میدهد. سطح پلاتین، مولکولهای گاز را جذب میکند و در عمل آنها را به سمت هم هُل میدهد؛ به گونهای که به واکنش تشویق بشوند و به واکنش سرعت میبخشند. برای سالها فناوریهای دیگری نیز بر کاتالیزگرهای پلاتینیومی تکیه داشتند. برای زدودن آلایندههای زیانبار از گازهای خروجی خودروها امروزه به مبدلهای کاتالیزوری متوسل شدهاند. ولی پلاتین معایبی هم دارد. گران است، مردم دوست دارند از آن در جواهرات استفاده کنند و به دست آوردن آن هم آسان نیست.
در این میان کاتالیزگرهای دیگری هم هستند که خوش درخشیدهاند. فلزاتی با خواص شیمیایی همانند پلاتین که از میان آنها میتوان پالادیم و ایریدیم را نام برد. همانند پلاتین آنها نیز گرانند و دستیابی به آنها سخت است. برای همین است که جستجو برای یافتن کاتالیزگری کم هزینهتر برای کاربرد در پیلهای سوختی ادامه دارد. برخی از دانشمندان بر این باورند که مولکولهای کربن شاید در این راه کارآمد باشند. زیرا هم کمهزینهترند و هم فراوان و در دسترس هستند. گزینهی دیگر شاید زیست-آنزیمهایی همانند آنچه که در موجودات زنده یافت میشود، باشد.
نوشته: لاورل همِرس
ترجمه: محسن سلیمانزاده – مجله علمی ایلیاد
ترجمه: محسن سلیمانزاده – مجله علمی ایلیاد