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 "engenheiro de som profissional", como ele mesmo se define, interessa-se não apenas pelas reações que ocorrem em seu interior, mas também por provocar novas reações.
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 um catalisador para direcionar a reação desejada, e isso aconteceu. Por exemplo, o dióxido de carbono pode ser convertido em ácido fórmico, metanol ou formaldeído, escolhendo-se o catalisador adequado e experimentando-se as condições da reação.
Segundo Kyle Lancaster, professor de química e biologia química (A&S) e orientador de Kong, a abordagem de Kong se encaixa bem com a abordagem "orientada pela 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. "É um catalisador para a conversão seletiva de dióxido de carbono em algo mais valioso, e o dióxido de carbono tem uma má reputação."
Kong e seus colaboradores descobriram recentemente um sistema que, sob certas condições, pode converter dióxido de carbono em ácido fórmico.
“Embora ainda não estejamos perto da reatividade de última geração, nosso sistema é altamente configurável”, disse Kong. “Assim, 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 funcionarem, melhor – você pode criar moléculas mais rapidamente.”
Como bolsista da Fundação Klarman, Kong também está trabalhando para converter nitratos, fertilizantes comuns que se infiltram de forma tóxica nos cursos d'água, em algo inofensivo, afirma ele.
Kong fez experiências com metais comuns da Terra, como alumínio e estanho, como catalisadores. Esses metais são baratos, não tóxicos e abundantes na crosta terrestre, portanto, seu uso não apresentará problemas de sustentabilidade, afirmou ele.
“Também estamos descobrindo como criar catalisadores onde dois desses metais interagem entre si”, disse Kong. “Ao usar dois metais na estrutura, que tipo de reações e questões interessantes podemos obter de sistemas bimetálicos?” “Reação química?”
Segundo Kong, o andaime é o ambiente químico no qual esses metais se encontram.
Nos últimos 70 anos, a norma tem sido usar um único centro metálico para realizar transformações químicas, mas na última década, aproximadamente, os químicos da área começaram a explorar interações sinérgicas entre dois metais quimicamente ligados ou contíguos. "Isso oferece mais graus de liberdade", disse Kong.
Esses catalisadores bimetálicos permitem que os químicos combinem catalisadores metálicos com base em seus pontos fortes e fracos, afirma Kong. Por exemplo, um centro metálico que se liga pouco aos substratos, mas quebra bem as ligações, pode funcionar 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. "Algumas reações realmente únicas e maravilhosas estão começando a surgir no campo da catálise bimetálica."
Kong afirmou que ainda há muita incerteza sobre como os metais se ligam uns aos outros em formas moleculares. Ele ficou tão entusiasmado com a beleza da química em si quanto com os resultados. Kong foi levado ao laboratório de Lancaster devido à sua experiência em espectroscopia de raios X.
“É uma simbiose”, disse Lancaster. “A espectroscopia de raios X ajudou Richard a entender o que estava acontecendo por baixo dos panos e o que tornava o estanho especialmente reativo e capaz dessa reação química. Nós nos beneficiamos de seu vasto conhecimento da química dos elementos do grupo principal, o que abriu caminho para um novo campo.”
Tudo se resume à química básica e à pesquisa, uma abordagem possibilitada pela Bolsa de Estudos Open Klarman, disse Kong.
“Normalmente, consigo realizar a reação no laboratório ou ficar no computador simulando a molécula”, disse ele. “Estamos tentando obter um panorama o mais completo possível da atividade química.”