Znanstvenici Instituta Ruđer Bošković (IRB) udružili su snage s kolegama sa Sveučilišta u Cagliariju kako bi istražili načela kemijskih reakcija potaknutih mehaničkom silom. Rezultati istraživanja rasvjetljavaju intrigantnu vezu između brzine mehanokemijskih reakcija i energije koju kemijski uzorci apsorbiraju tijekom procesa mljevenja. Ovi rezultati ne samo da pružaju dublje razumijevanje mehanokemije, već otvaraju vrata za inovacije u poboljšanju kemijskih reakcija i oblikovanju učinkovitijih postupaka mljevenja u budućnosti.
Mehanokemijske reakcije su posebne kemijske reakcije koje se odvijaju pod utjecajem mehaničke sile. Uobičajeno, kemijske reakcije se događaju kada se dvije tvari pomiješaju u otopini ili plinu. Međutim, kod mehanokemijskih reakcija, tvari i kuglice za mljevenje stavljaju se u reakcijsku posudu koja vibrira u kugličnom mlinu. Mlin tada stvara mehaničku silu koja stiska i mijenja tvari. Ta mehanička sila mijenja strukturu molekula i pomaže u ubrzavanju reakcija. Tako se, uz pomoć kuglica za mljevenje, kemijske reakcije odvijaju brže nego inače, što otvara nove mogućnosti za stvaranje efikasnijih i ekološki prihvatljivijih kemijskih procesa u različitim industrijama.
Rezultati istraživanja zanimljivi su i industriji, posebno onima koji se bave kemijom i održivim razvojem, bilo da je riječ o razvoju novih materijala za primjenu u elektronici, uređajima za pohranu energije ili farmaceutskoj i kemijskoj industriji.
Napredak prema zelenijoj kemiji
Koncepti "zelene kemije" sve više dobivaju na važnosti, pogotovu s obzirom na razvoj alata koji omogućuju provođenje kemijskih reakcija na nove načine, i to od miligramske do kilogramske skale. Istraživanja koje je proveo ovaj tim znanstvenika pridonose dubljem razumijevanju mehanokemije.
''Upravo nam praćenje kemijskih reakcija tijekom mljevenja i istraživanje utjecaja mehaničke energije na kemijske promjene omogućava dublje uvide u ove postupke. Za mehanokemijske reakcije ključan je prijenos energije na sustav koji se melje, a ovisno o količini prenesene energije postižu se nužni uvjeti za kemijsku transformaciju. Ispitivanje kako različit unos mehaničke energije utječe na mehanokemijsku reaktivnost omogućava nam bolje shvaćanje ovih sve značajnijih procesa,'' objašnjava Leonarda Vugrin, doktorandica Laboratorija za sintezu i katalizu u čvrstom stanju na IRB-u te jedna od prvih autorica.
Nova saznanja omogućavaju znanstvenicima planiranje i optimizaciju mehanokemijskih reakcija, jer, ako znaju kako kontrolirati prijenos energije, znanstvenici mogu poboljšati te reakcije i učiniti ih učinkovitijima.
Prestižne objave
''U sklopu dva istraživanja ispitivali smo kako mehanička sila utječe na kemijske reakcije. Reakcije smo u stvarnom vremenu pratili Ramanovom spektroskopijom in situ, tehnikom koju smo razvili na IRB-u. Osim toga, koristili smo specifične kinetičke modele razvijene na Sveučilište u Cagliariju kako bismo opisali eksperimentalne rezultate. Rezultati do kojih smo došli otvaraju nov uvid u procese koji leže u osnovi ovakvih kemijskih transformacija te predstavljaju značajan korak prema razumijevanju mehanokemije,'' objašnjava dr. sc. Ivan Halasz, voditelj laboratorija i dopisni autor na radu.
Iako su potrebna dodatna istraživanja za stvaranje potpune mehanističke slike, ovi rezultati otvaraju uzbudljive mogućnosti za proučavanje brzih reakcija i stvaranje inovativnih kemijskih procesa, te utiru put održivijim kemijskim procesima. Uklanjanjem potrebe za otapalima i smanjenjem reakcijskih temperatura, mehanokemija se pojavljuje kao zelenija i ekološki prihvatljivija alternativa, značajno smanjujući utjecaj kemijske proizvodnje na okoliš. Rezultati istraživanja objavljeni su u uglednim znanstvenim časopisima Faraday Discussions i Angewandte Chemie International Edition.
