Mae adweithiau cemegol yn digwydd o'n cwmpas drwy'r amser—yn amlwg pan fyddwch chi'n meddwl amdano, ond faint ohonom sy'n ei wneud pan fyddwn ni'n cychwyn car, yn berwi wy, neu'n ffrwythloni ein lawnt?
Mae Richard Kong, arbenigwr catalysis cemegol, wedi bod yn meddwl am adweithiau cemegol. Yn ei waith fel “tiwniwr proffesiynol,” fel y mae’n ei ddweud, nid yn unig y mae ganddo ddiddordeb mewn ymatebion sy’n codi ar eu pen eu hunain, ond hefyd mewn nodi ymatebion newydd.
Fel Cymrawd Klarman mewn Cemeg a Bioleg Gemegol yng Ngholeg y Celfyddydau a'r Gwyddorau, mae Kong yn gweithio i ddatblygu catalyddion sy'n gyrru adweithiau cemegol i ganlyniadau dymunol, gan greu cynhyrchion diogel a hyd yn oed â gwerth ychwanegol, gan gynnwys y rhai a all gael effaith gadarnhaol ar iechyd person. Dydd Mercher.
“Mae nifer sylweddol o adweithiau cemegol yn digwydd heb gymorth,” meddai Kong, gan gyfeirio at ryddhau carbon deuocsid pan fydd ceir yn llosgi tanwyddau ffosil. “Ond nid yw adweithiau cemegol mwy cymhleth yn digwydd yn awtomatig. Dyma lle mae catalysis cemegol yn dod i rym.”
Datblygodd Kong a'i gydweithwyr gatalyddion i gyfeirio'r adweithiau yr oeddent am iddynt ddigwydd. Er enghraifft, gellir trosi carbon deuocsid yn asid fformig, methanol, neu fformaldehyd trwy ddewis y catalydd cywir ac arbrofi gydag amodau adwaith.
Yn ôl Kyle Lancaster, Athro Cemeg a Bioleg Gemegol (A&S) a chymedrolwr Kong, mae dull Kong yn cyd-fynd yn dda â dull “darganfyddiadau-arweiniol” labordy Lancaster. “Cafodd Richard y syniad o ddefnyddio tun i wella ei gemeg, nad oedd erioed yn fy sgript i,” meddai Lancaster. “Mae ganddo gatalydd a all drosi carbon deuocsid yn ddetholus, sy’n cael ei drafod llawer yn y wasg, yn rhywbeth mwy gwerthfawr.”
Yn ddiweddar, darganfu Kong a'i gydweithwyr system a all, o dan rai amodau, drosi carbon deuocsid yn asid fformig.
“Er nad ydym eto ar y brig o ran ymatebolrwydd, mae ein system yn hynod addasadwy,” meddai Kong. “Fel hyn, gallwn ddechrau deall yn ddyfnach pam mae rhai catalyddion yn gweithio’n gyflymach nag eraill, pam mae rhai catalyddion yn gynhenid ​​well. Gallwn addasu paramedrau’r catalyddion a cheisio deall beth sy’n gwneud i’r pethau hyn weithio’n gyflymach, oherwydd po gyflymaf y maent yn gweithio, y gorau y maent yn gweithio, y cyflymaf y gallwch greu moleciwlau.”
Fel Cymrawd Klarman, mae Kong hefyd yn gweithio i gael gwared ar nitradau, gwrtaith cyffredin sy'n treiddio'n wenwynig i ddyfrffyrdd, o'r amgylchedd a'u troi'n sylweddau mwy diniwed, meddai.
Arbrofodd Kong gyda defnyddio metelau a geir yn y ddaear, fel alwminiwm a thun, fel catalyddion. Mae'r metelau'n rhad, yn ddiwenwyn ac yn doreithiog yng nghramen y ddaear, felly ni fydd eu defnyddio'n peri problemau cynaliadwyedd, meddai.
“Rydym hefyd yn gweithio ar sut i wneud catalyddion lle mae dau fetel yn rhyngweithio â’i gilydd,” meddai Kong. “Drwy ddefnyddio dau fetel mewn un fframwaith, pa adweithiau a phrosesau cemegol diddorol allwn ni eu cael o systemau bimetallig?”
Coedwigoedd yw'r amgylchedd cemegol sy'n dal y metelau hyn – maent yn hanfodol i ddatgloi potensial y metelau hyn i wneud eu gwaith, yn union fel mae angen y dillad cywir arnoch ar gyfer y tywydd cywir, meddai Kong.
Am y 70 mlynedd diwethaf, y safon fu defnyddio un ganolfan fetel i gyflawni trawsnewidiadau cemegol, ond yn ystod y degawd diwethaf neu fwy, mae cemegwyr yn y maes wedi dechrau ymchwilio i uno dau fetel, naill ai'n gemegol neu'n agos at ei gilydd. Yn gyntaf, meddai Kong, "Mae'n rhoi mwy o raddau o ryddid i chi."
Mae'r catalyddion bimetallig hyn yn rhoi'r gallu i gemegwyr gyfuno catalyddion metel yn seiliedig ar eu cryfderau a'u gwendidau, meddai Kong. Er enghraifft, gall canol metel sy'n bondio'n wael i swbstradau ond sy'n torri bondiau'n dda weithio gyda chanol metel arall sy'n torri bondiau'n wael ond sy'n bondio'n dda i swbstradau. Mae presenoldeb yr ail fetel hefyd yn effeithio ar briodweddau'r metel cyntaf.
“Gallwch chi ddechrau cael yr hyn rydyn ni’n ei alw’n effaith synergaidd rhwng y ddau ganolfan fetel,” meddai Kong. “Mae maes catalysis bimetallig eisoes yn dechrau dangos rhywfaint o adweithedd gwirioneddol unigryw a rhyfeddol.”
Dywedodd Kong fod llawer o amwysedd o hyd ynghylch sut mae metelau'n bondio i'w gilydd mewn cyfansoddion moleciwlaidd. Roedd yr un mor gyffrous gan harddwch y gemeg ei hun ag yr oedd gan y canlyniadau. Daethpwyd â Kong i Lancaster Laboratories oherwydd eu harbenigedd mewn sbectrosgopeg pelydr-X.
“Mae’n symbiosis,” meddai Lancaster. “Helpodd sbectrosgopeg pelydr-X Richard i ddeall beth oedd yn digwydd y tu ôl i’r llenni a beth sy’n gwneud tun yn arbennig o adweithiol ac yn gallu gwneud yr adwaith cemegol hwn. Fe wnaethon ni elwa o’i wybodaeth helaeth am gemeg grwpiau mawr, a agorodd y drws i’r grŵp i faes newydd.”
Mae'r cyfan yn dibynnu ar gemeg sylfaenol ac ymchwil, meddai Kong, ac mae'r dull hwn yn bosibl oherwydd ysgoloriaeth Open Klarman.
“Ar ddiwrnod nodweddiadol, gallaf gynnal adweithiau yn y labordy neu eistedd wrth gyfrifiadur yn efelychu moleciwlau,” meddai. “Rydym yn ceisio cael darlun mor gyflawn â phosibl o weithgarwch cemegol.”