Reações químicas acontecem ao nosso redor o tempo todo — algo óbvio quando paramos para pensar, mas quantos de nós as realizamos quando ligamos um carro, cozinhamos um ovo ou fertilizamos o gramado?
O especialista em catálise química Richard Kong tem refletido sobre reações químicas. Em seu trabalho como um "ajustador profissional", como ele mesmo define, está interessado não apenas em respostas que surgem espontaneamente, mas também na identificação de novas respostas.
Como bolsista Klarman em Química e Biologia Química na Faculdade de Artes e Ciências, Kong trabalha no desenvolvimento de catalisadores que impulsionam reações químicas para os resultados desejados, criando produtos seguros e até mesmo de valor agregado, incluindo aqueles que podem ter um impacto positivo na saúde das pessoas. Quarta-feira.
“Uma quantidade significativa de reações químicas ocorre sem auxílio”, disse Kong, referindo-se à liberação de dióxido de carbono quando os carros queimam combustíveis fósseis. “Mas reações químicas cada vez mais complexas não acontecem automaticamente. É aí que a catálise química entra em ação.”
Kong e seus colegas desenvolveram catalisadores para direcionar as reações que desejavam. Por exemplo, o dióxido de carbono pode ser convertido em ácido fórmico, metanol ou formaldeído, escolhendo-se o catalisador adequado e experimentando-se com as condições de reação.
Segundo Kyle Lancaster, professor de Química e Biologia Química (Artes e Ciências) e moderador de Kong, a abordagem de Kong se encaixa bem com a abordagem "orientada para a descoberta" do laboratório de Lancaster. "Richard teve a ideia de usar estanho para aprimorar sua química, algo que nunca esteve nos meus planos", disse Lancaster. "Ele tem um catalisador que pode converter seletivamente dióxido de carbono, algo muito comentado na imprensa, em algo mais valioso."
Kong e seus colaboradores descobriram recentemente um sistema que, sob certas condições, pode converter dióxido de carbono em ácido fórmico.
“Embora ainda não sejamos o estado da arte em termos de capacidade de resposta, nosso sistema é altamente personalizável”, disse Kong. “Dessa forma, podemos começar a entender mais profundamente por que alguns catalisadores funcionam mais rápido do que outros, por que alguns catalisadores são inerentemente melhores. Podemos ajustar os parâmetros dos catalisadores e tentar entender o que faz com que eles funcionem mais rápido, porque quanto mais rápido funcionam, melhor funcionam, mais rápido você pode criar moléculas.”
Como bolsista da Fundação Klarman, Kong também está trabalhando para remover nitratos, um fertilizante comum que se infiltra de forma tóxica nos cursos d'água, do meio ambiente e transformá-los em substâncias mais inofensivas, disse ele.
Kong fez experiências com o uso de metais encontrados na Terra, como alumínio e estanho, como catalisadores. Esses metais são baratos, não tóxicos e abundantes na crosta terrestre, portanto, seu uso não acarretará problemas de sustentabilidade, afirmou ele.
“Também estamos trabalhando em como criar catalisadores onde dois metais interagem entre si”, disse Kong. “Ao usar dois metais em uma mesma estrutura, que reações e processos químicos interessantes podemos obter de sistemas bimetálicos?”
As florestas são o ambiente químico que contém esses metais – elas são essenciais para liberar o potencial desses metais e permitir que eles desempenhem sua função, assim como você precisa das roupas certas para o clima certo, disse Kong.
Nos últimos 70 anos, o padrão tem sido usar um único centro metálico para realizar transições químicas, mas na última década, aproximadamente, os químicos da área começaram a investigar a união de dois metais, seja quimicamente ou em proximidade. Primeiro, diz Kong, “Isso lhe dá mais graus de liberdade”.
Esses catalisadores bimetálicos permitem aos químicos combinar catalisadores metálicos com base em seus pontos fortes e fracos, afirma Kong. Por exemplo, um centro metálico que se liga mal aos substratos, mas quebra bem as ligações, pode funcionar bem com outro centro metálico que quebra mal as ligações, mas se liga bem aos substratos. A presença do segundo metal também afeta as propriedades do primeiro metal.
"É possível começar a obter o que chamamos de efeito sinérgico entre os dois centros metálicos", disse Kong. "O campo da catálise bimetálica já está começando a mostrar uma reatividade realmente única e maravilhosa."
Kong afirmou que ainda existem muitas ambiguidades sobre como os metais se ligam uns aos outros em compostos moleculares. Ele ficou tão entusiasmado com a beleza da química em si quanto com os resultados. Kong foi levado aos Laboratórios Lancaster devido à sua especialização em espectroscopia de raios X.
“É uma simbiose”, disse Lancaster. “A espectroscopia de raios X ajudou Richard a entender o que estava acontecendo nos bastidores e o que torna o estanho particularmente reativo e capaz dessa reação química. Nós nos beneficiamos de seu amplo conhecimento da química dos elementos do grupo principal, o que abriu as portas para uma nova área de atuação do grupo.”
Segundo Kong, tudo se resume à química básica e à pesquisa, e essa abordagem é possível graças a uma bolsa de estudos Open Klarman.
“Em um dia típico, posso realizar reações no laboratório ou ficar sentado em frente a um computador simulando moléculas”, disse ele. “Estamos tentando obter uma visão o mais completa possível da atividade química.”