Digital THink Tank (DTT)

Reactoare rotative - fabrici chimice auto-organizate

Datorită forței centrifuge și utilizării lichidelor de diferite densități, pot fi dezvoltate fabrici chimice auto-organizate. Ideea pentru reactoare de filare propusă de Polonia nu este doar inteligentă, ci și frumoasă. Cercetarea a fost plasată pe coperta prestigioasei reviste „Nature”.

Echipa polono-coreeană a arătat cum poate fi efectuată o serie întreagă de reacții chimice complexe în același timp - fără a recurge la sisteme complexe de plante, ... forță centrifugă. Primul autor al publicației este Dr. Olgierd Cybulski, care lucrează la Institutul Național de Știință și Tehnologie Ulsan (UNIST) din Coreea de Sud.


Un reactor chimic rotativ

- Arătăm cum să pregătim fabrici chimice auto-organizate - descrie autorul corespunzător al publicației, Prof. Bartosz Grzybowski (de asemenea UNIST și Institutul de Chimie Organică al Academiei Poloneze de Științe). El adaugă că are deja o idee despre cum să facă un astfel de reactor chimic de filare ... pentru a recupera litiul din lichidele din baterii.

Faptul că lichidele de diferite densități pot forma straturi neamestecate poate fi observat chiar în timpul prânzului - în timp ce se uită la bulionuri. Grăsimea supei plutește deasupra, deoarece este mai puțin densă decât partea apoasă a supei.

Acasă se poate trăi o experiență mai complexă: multe lichide de diferite densități sunt turnate încet într-un singur vas câte unul. Puteți începe cu cea mai densă miere, sirop de arțar, săpun pentru vase, apă, ulei vegetal și chiar și cel mai rar kerosen. Dacă acest lucru se întâmplă suficient de încet, veți vedea straturi de culori diferite separate între ele și care nu sunt amestecate în această așa-numită coloană de densitate (necomestibilă).
Dar dacă o astfel de coloană de densitate începe să se rotească foarte, foarte repede - pentru a roti vasul în jurul unei axe verticale (ca pe o roată de ceramică, dar mult mai rapid - de exemplu, 2,6 mii de rotații pe minut), se dovedește că straturile ulterioare formează concentric inele. Cele mai ușoare lichide au un diametru mai mic și sunt plasate cel mai aproape de centrul centrifugii, în timp ce cele mai dense sunt plasate în inele mari mai aproape de marginea centrifugii. Centrifugarea este un factor important aici, deoarece forța centrifugă începe să domine tensiunea superficială a lichidului. Se pot realiza straturi foarte subțiri de lichid - până la 0,15 mm sau chiar mai subțiri - fără riscul amestecării. Dacă densitatea lichidului este aleasă corect, oamenii de știință au arătat că se pot obține până la 20 de inele colorate într-o centrifugă care se rotește în jurul unei axe comune.

Sursa imaginii: Nature Cover: Volumul articolului 586 Numărul 7827, 1 octombrie 2020

Fabrici auto-organizate

Coloana de filare a densității este în sine un experiment fizic extrem de estetic. Cu toate acestea, prof. Bartosz Grzybowski și echipa sa au arătat cât de mult pot folosi chimistii. Se pot face lichide rotative de diferite densități, astfel încât fiecare dintre ele să conțină un reactiv diferit, care este necesar pentru reacția chimică.

Să presupunem că un compus chimic este turnat chiar în centrul centrifugii. Se răspândește prin centrifugă și începe să se difuzeze la contactul cu cel mai rar strat interior. Dar acolo are loc reacția chimică și se formează o substanță chimică nouă. De asemenea, începe difuzia și ajunge la următorul strat mai dens, unde are loc următoarea reacție chimică. Se creează un alt produs. Și așa mai departe, până obținem produsul final de la produsul de pornire.



Datorită coloanei de densitate de filare, multe reacții chimice au loc spontan una după alta. Nu sunt necesare serii de experimente, multe containere, mixere sau tuburi sunt necesare.

Deoarece inelele sunt foarte subțiri și zona lor de contact este mare, difuzia legăturilor dintre inele are loc într-un timp relativ scurt (mult mai scurt decât atunci când coloana este staționară).
Aplicații posibile

Prof. Grzybowski subliniază că astfel de fabrici chimice auto-organizate pot găsi aplicații industriale - de exemplu, pentru a separa componentele de amestecuri. Într-o publicație publicată în Nature, cercetătorii au arătat cum pot fi obținuți aminoacizi (componente proteice) din mustul fermentat într-un astfel de experiment de filare.

- În mod similar, acest lucru s-ar putea face și pentru recuperarea litiului din amestec după baterii. Și încă nu există metode bune pentru a face acest lucru ", spune chimistul.