શું તમે રસાયણશાસ્ત્રમાં પવિત્ર ગ્રેઇલ પ્રતિક્રિયા વિશે જાણો છો?
April 22, 2024
જ્યારે કુદરતી ગેસની વાત આવે છે, ત્યારે તમારે તેનાથી અજાણ હોવું જોઈએ નહીં, અને આજકાલ કોઈ ઘર તેના વિના રસોઇ કરી શકશે નહીં. કુદરતી ગેસનો મુખ્ય ઘટક મિથેન છે, જે એક સરળ હાઇડ્રોકાર્બન સંયોજનો છે. મિથેનના વિકાસ અને ઉપયોગને વેગ આપવો એ energy ર્જા અને રાસાયણિક ઉદ્યોગના લીલા અને ટકાઉ વિકાસને અનુભૂતિ કરવાની ચાવી છે. બળતણ તરીકે તેના સીધા ઉપયોગ ઉપરાંત, મિથેનનો ઉપયોગ સી 1 સંસાધન તરીકે પણ થઈ શકે છે, એટલે કે, એક પરમાણુ જેમાં કાર્બન અણુ હોય છે અને મેથેનોલ, ફોર્મિક જેવા ઉચ્ચ-મૂલ્ય-એડ્ડ રસાયણો તૈયાર કરવા માટે રૂપાંતરિત થઈ શકે છે એસિડ અને તેથી વધુ. પાણી અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ બનાવવા માટે મિથેન ઓક્સિજનમાં બાળી શકાય છે. દહન વિના, શું હળવા પરિસ્થિતિઓમાં મિથેન પરમાણુઓના હાઇડ્રોકાર્બન બોન્ડ્સને સક્રિય અને રૂપાંતરિત કરવું શક્ય છે? જવાબ હા છે! આ કેટેલિસિસના ક્ષેત્રમાં "પવિત્ર ગ્રેઇલ" પ્રતિક્રિયા છે. "પવિત્ર ગ્રેઇલ" સાથે સંકળાયેલ પ્રતિક્રિયાઓ ઘણીવાર ખૂબ જ પડકારજનક હોય છે, કારણ કે તેમને ખૂબ કઠોર પરિસ્થિતિઓમાં હાથ ધરવાની જરૂર પડી શકે છે, અથવા તેમને રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાની અંતર્ગત મુશ્કેલીઓ, જેમ કે ખૂબ સ્થિર સંયોજનોના સક્રિયકરણ, નીચા, દૂર કરવાની જરૂર પડી શકે છે. ઉપજ, અને ઓછી પસંદગી. આ પડકારોથી આ પ્રતિક્રિયાઓને સમજવામાં મુશ્કેલી પડે છે, પરંતુ જો તે સફળતાપૂર્વક પ્રાપ્ત થઈ શકે, તો તેઓ વૈજ્ .ાનિક સંશોધન અને industrial દ્યોગિક કાર્યક્રમોમાં નોંધપાત્ર સફળતા તરફ દોરી જશે.
1. નીચા તાપમાને મિથેનના રૂપાંતરમાં ચેલેંજ્સ મિથેનને સીધા જ અન્ય ઉપયોગી રસાયણોમાં રૂપાંતરિત કરવું ખૂબ મુશ્કેલ છે, જે નીચા તાપમાને અથવા ઓરડાના તાપમાને સસ્તી ઓક્સિજન સાથે છે, તે કેમ છે? ચાલો મિથેન અને ઓક્સિજનની પ્રકૃતિ જોઈએ. મિથેનની રાસાયણિક રચનામાં ચાર સમાન કાર્બન-હાઇડ્રોજન બોન્ડ્સ (સીએચ) હોય છે જે ખૂબ સપ્રમાણ ઓર્થોટેટ્રેહેડ્રલ ગોઠવણી બનાવે છે, અને મિથેનના દરેક સીએચ 3-એચ બોન્ડમાં 435 કેજે/મોલ સુધીની બોન્ડ energy ર્જા હોય છે. અમે ખાસ કરીને મજબૂત વસંત તરીકે મિથેનના સીએચ બોન્ડ વિશે વિચારી શકીએ છીએ. આ વસંત ખૂબ જ ત્રાસદાયક છે અને ખેંચવા માટે ઘણું બળની જરૂર છે. રસાયણશાસ્ત્રમાં, આ "બળ" સીએચ બોન્ડને તોડવા માટે જરૂરી energy ર્જા છે. આ bond ંચી બોન્ડિંગ energy ર્જા મિથેનના સીએચ બોન્ડ્સને થર્મોોડાયનેમિકલી સ્થિર બનાવે છે અને સામાન્ય પરિસ્થિતિઓમાં તૂટી જવા અથવા પ્રતિક્રિયા આપવી ખૂબ મુશ્કેલ છે. બીજી બાજુ, રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓમાં, પ્રતિક્રિયાશીલ જૂથો સામાન્ય રીતે ધ્રુવીય ક્રિયાપ્રતિક્રિયા હેઠળ ઉત્પન્ન થાય છે (ધ્રુવીય ક્રિયાપ્રતિક્રિયા એ ઘટના છે કે પરમાણુનો એક અંત સકારાત્મક ચાર્જ કરવામાં આવે છે અને બીજો નકારાત્મક ચાર્જ કરવામાં આવે છે), જ્યારે સપ્રમાણતાનું માળખું અને મિથેન પરમાણુની બિન -પોપોલર પ્રકૃતિ અટકાવે છે તે આવી ધ્રુવીયતા પેદા કરવાથી (પરમાણુ રૂપરેખાંકન મુજબ, સપ્રમાણતા વિમાનવાળા પરમાણુમાં કોઈ ધ્રુવીયતા નથી) અને પ્રતિક્રિયાશીલ જૂથો પ્રદાન કરી શકતા નથી. તેથી, મિથેનનું સક્રિયકરણ અને રૂપાંતર ખૂબ જ પડકારજનક છે અને સામાન્ય રીતે મિથેનના સક્રિયકરણમાં સહાય કરવા માટે સુપર-સ્ટ્રોંગ એસિડ્સ અને ફ્રી રેડિકલ્સ જેવી ઉચ્ચ તાપમાન (600-1100 ° સે) જેવી કઠોર પરિસ્થિતિઓની જરૂર પડે છે. તેથી, મિથેન અને ઓક્સિજનના નીચા-તાપમાનના સક્રિયકરણને અનુભૂતિ કરવામાં મુખ્ય મુશ્કેલી, મિથેનના સીએચ બોન્ડને કેવી રીતે સક્રિય કરવી તે છે, એટલે કે, સીએચ બોન્ડમાં "વસંત" ને કેવી રીતે ખેંચવું. 2. ઉત્પ્રેરકનું ચમત્કાર વૈજ્ entists ાનિકો આ સમસ્યાનો સારો ઉપાય લઈને આવ્યા, અને નીચા તાપમાને મિથેનને સક્રિય કરવામાં સહાય માટે ઉત્પ્રેરકનો ઉપયોગ કરવાનું પસંદ કર્યું (એક ઉત્પ્રેરક એક રાસાયણિક છે જે પ્રતિક્રિયા પહેલાં અથવા પછી બદલાતું નથી, પરંતુ લઘુત્તમ રકમ બદલીને પ્રતિક્રિયાને વેગ આપે છે. energy ર્જા કે જે પ્રતિક્રિયા થવા માટે ઇન્જેક્શન આપવાની જરૂર છે). 2023 માં, નેચર કેટેલિસિસે ઓક્સિજન સાથે સી 1 ox ક્સાઇડ (મેથેનોલ (સીએચ 3 ઓએચ), ફોર્મિક એસિડ (એચસીઓઓએચ), અને મેથિલિન ગ્લાયકોલ (હોચ 2 ઓએચ) માં વિશિષ્ટ મોલીબડેનમ ડિસ્લ્ફાઇડ (એમએસ 2) નો ઉપયોગ કરીને સીધા રૂપાંતર પ્રાપ્ત કરવાની પ્રક્રિયા પર અહેવાલ આપ્યો 25 ° સે તાપમાને ઉત્પ્રેરક. આજુબાજુની પરિસ્થિતિઓમાં મિથેન અને ઓક્સિજનને મૂલ્યવાન સી 1 ઓક્સિજનમાં ફેરવીને 4.2% અને લગભગ 100% સી 1 ઓક્સિજનનું મિથેન રૂપાંતર પ્રાપ્ત થયું. આ એમઓએસ 2 એ અત્યાર સુધીમાં જણાવેલ એકમાત્ર ઉત્પ્રેરક છે જે મિથેન અને ઓક્સિજનના ઓરડાના તાપમાને રૂપાંતરને અનુભવી શકે છે. આ બધું એમઓએસ 2 ની ધાર પર એમઓ સાઇટની અનન્ય ભૂમિતિ અને ઇલેક્ટ્રોનિક રચનાને કારણે છે. આ એમઓ સાઇટ જલીય વાતાવરણમાં ઓક્સિજન તરફ ઉચ્ચ સક્રિયકરણ પ્રવૃત્તિ ધરાવે છે, જાદુઈ ઓ = મો = ઓ* પ્રજાતિઓ બનાવે છે. આ પ્રજાતિ કાર્બન-હાઇડ્રોજન બોન્ડને તોડવા માટે સરળ બનાવે છે અને મિથેનના સીએચ બોન્ડની સક્રિયકરણ energy ર્જાને ઘટાડે છે, આમ મિથેનની પ્રતિક્રિયાશીલતામાં મોટા પ્રમાણમાં વધારો કરે છે, અને આ રીતે મિથેન અને ઓક્સિજનના નીચા-તાપમાનના સક્રિયકરણને અનુભૂતિ કરે છે. આ શોધ ભાવિ energy ર્જા ઉપયોગ અને પર્યાવરણીય સંરક્ષણ માટે વધુ શક્યતાઓ લાવશે, તેમજ અમને ઉત્પ્રેરકો અને સહાયકની આશ્ચર્યજનક ભૂમિકાની understanding ંડી સમજ આપશે.
3. મિથેનના નીચા-તાપમાન સક્રિયકરણનું અસંખ્ય વ્યૂહાત્મક મહત્વ ઓરડાના તાપમાને મિથેન અને ઓક્સિજનના સીધા ઉત્પ્રેરક રૂપાંતરને અનુભૂતિ, અને કુદરતી ગેસમાં મિથેનને અન્ય ઉપયોગી રસાયણોમાં રૂપાંતરિત કરવું, કુદરતી ગેસના ઉપયોગ દરમાં મોટા પ્રમાણમાં સુધારો કરી શકે છે, કચરો ઘટાડે છે, અને પર્યાવરણને વધુ સારી રીતે સુરક્ષિત કરી શકે છે અને energy ર્જાના ટકાઉ વિકાસની અનુભૂતિ કરી શકે છે. . બીજું, ગ્રીનહાઉસ ગેસ તરીકે, મિથેન ગ્લોબલ વ ming ર્મિંગમાં તેના યોગદાનમાં કાર્બન ડાયોક્સાઇડ પછી બીજા ક્રમે છે. જો મિથેનને અન્ય પદાર્થોમાં રૂપાંતરિત કરી શકાય છે, તો તે હવાના પ્રદૂષકો (દા.ત. કાર્બન ox કસાઈડ, નાઇટ્રોજન ox કસાઈડ, સલ્ફર ox કસાઈડ, હાઇડ્રોકાર્બન અને ઇથર સંયોજનો) ના ઉત્સર્જનને ઘટાડવામાં મદદ કરી શકે છે અને ગ્લોબલ વ ming ર્મિંગના દબાણને સરળ બનાવે છે.
