کیا آپ کیمسٹری میں ہولی گریل کے رد عمل کے بارے میں جانتے ہیں؟
April 22, 2024
جب قدرتی گیس کی بات آتی ہے تو ، آپ کو اس سے ناواقف نہیں ہونا چاہئے ، اور آج کل کوئی گھر بھی اس کے بغیر کھانا نہیں بنا سکتا ہے۔ قدرتی گیس کا بنیادی جزو میتھین ہے ، جو آسان ترین ہائیڈرو کاربن مرکبات میں سے ایک ہے۔ میتھین کی ترقی اور استعمال کو تیز کرنا توانائی اور کیمیائی صنعت کی سبز اور پائیدار ترقی کو سمجھنے کی کلید ہے۔ ایندھن کے طور پر اس کے براہ راست استعمال کے علاوہ ، میتھین کو بھی سی ون وسائل کے طور پر استعمال کیا جاسکتا ہے ، یعنی ایک انو جس میں کاربن ایٹم ہوتا ہے اور اعلی قیمت والے ایڈڈ کیمیکلز ، جیسے میتھانول ، فارمک تیار کرنے کے لئے اسے تبدیل کیا جاسکتا ہے۔ تیزاب اور اسی طرح۔ پانی اور کاربن ڈائی آکسائیڈ کی تشکیل کے لئے میتھین کو آکسیجن میں جلایا جاسکتا ہے۔ دہن کے بغیر ، کیا ہلکے حالات میں میتھین انووں کے ہائیڈرو کاربن بانڈز کو چالو اور تبدیل کرنا ممکن ہے؟ جواب ہاں میں ہے! یہ کاتالیسس کے میدان میں "ہولی گریل" رد عمل ہے۔ "ہولی گریل" سے وابستہ رد عمل اکثر انتہائی مشکل ہوتے ہیں ، کیونکہ انہیں انتہائی سخت حالات میں انجام دینے کی ضرورت پڑسکتی ہے ، یا انہیں کیمیائی رد عمل کی موروثی مشکلات پر قابو پانے کی ضرورت پڑسکتی ہے ، جیسے انتہائی مستحکم مرکبات کو چالو کرنا ، کم۔ پیداوار ، اور کم انتخاب۔ ان چیلنجوں سے ان رد عمل کا ادراک کرنا مشکل ہوجاتا ہے ، لیکن اگر ان کو کامیابی کے ساتھ حاصل کیا جاسکتا ہے تو ، وہ سائنسی تحقیق اور صنعتی ایپلی کیشنز میں اہم کامیابیاں حاصل کریں گے۔
1. کم درجہ حرارت پر میتھین کی تبدیلی میں چیلینجز کم درجہ حرارت یا یہاں تک کہ کمرے کے درجہ حرارت پر سستی آکسیجن کے ساتھ میتھین کو براہ راست دوسرے مفید کیمیکلوں میں تبدیل کرنا بہت مشکل ہے ، ایسا کیوں ہے؟ آئیے میتھین اور آکسیجن کی نوعیت کو دیکھیں۔ میتھین کی کیمیائی ڈھانچے میں چار ایک جیسی کاربن ہائیڈروجن بانڈز (CH) ہوتے ہیں جو ایک انتہائی سڈول آرتھوٹیٹراہیڈرل ترتیب کی تشکیل کرتے ہیں ، اور میتھین کے ہر CH3-H بانڈ میں 435 KJ/mol تک کی بانڈ کی توانائی ہوتی ہے۔ ہم میتھین کے CH بانڈ کو خاص طور پر مضبوط موسم بہار کے طور پر سوچ سکتے ہیں۔ اس موسم بہار میں بہت سخت ہے اور اسے بڑھانے کے لئے بہت زیادہ طاقت کی ضرورت ہے۔ کیمسٹری میں ، یہ "قوت" CH بانڈ کو توڑنے کے لئے درکار توانائی ہے۔ یہ اعلی بانڈنگ توانائی میتھین کے CH بانڈ کو تھرموڈینیامک طور پر مستحکم بناتی ہے اور عام حالات میں اس کے ساتھ ٹوٹنا یا اس کا رد عمل ظاہر کرنا بہت مشکل ہے۔ دوسری طرف ، کیمیائی رد عمل میں ، رد عمل والے گروپس عام طور پر قطبی تعامل کے تحت تیار کیے جاتے ہیں (قطبی تعامل ایک ایسا رجحان ہے جس میں ایک انو کا ایک اختتام مثبت طور پر چارج کیا جاتا ہے اور دوسرا منفی چارج ہوتا ہے) ، جبکہ میتھین انو کی توازن ڈھانچہ اور غیر قطبی نوعیت کو روکتا ہے۔ یہ اس طرح کی قطعیت پیدا کرنے سے (سالماتی ترتیب کے مطابق ، توازن طیارے کے ساتھ ایک انو کی کوئی قطبی حیثیت نہیں ہے) اور وہ رد عمل والے گروپس مہیا نہیں کرسکتے ہیں۔ لہذا ، میتھین کی چالو اور تبدیلی بہت مشکل ہے اور عام طور پر سخت حالات کی ضرورت ہوتی ہے جیسے اعلی درجہ حرارت (600-1100 ° C) یا کچھ "انتہا پسند" جیسے میتھین کو چالو کرنے میں مدد کے ل super سپر اسٹرنگ ایسڈ اور فری ریڈیکلز۔ لہذا ، میتھین اور آکسیجن کی کم درجہ حرارت کو سمجھنے میں بنیادی مشکل میتھین کے CH بانڈ کو چالو کرنے کے طریقہ میں ہے ، یعنی CH بانڈ میں "بہار" کو کیسے بڑھانا ہے۔ 2. کاتالک کا معجزہ سائنس دانوں نے اس مسئلے کا ایک اچھا حل نکالا ، اور کم درجہ حرارت پر میتھین کو چالو کرنے میں مدد کے لئے ایک اتپریرک استعمال کرنے کا انتخاب کیا (ایک اتپریرک ایک ایسا کیمیکل ہے جو کسی رد عمل سے پہلے یا اس کے بعد تبدیل نہیں ہوتا ہے ، لیکن کم سے کم رقم میں ردوبدل کرکے رد عمل کو تیز کرتا ہے۔ توانائی کی جس میں رد عمل کے رد عمل کے ل ing انجیکشن لگانے کی ضرورت ہے)۔ 2023 میں ، جریدے نیچر کیٹالیسس نے آکسیجن کے ساتھ سی 1 آکسائڈ (میتھانول (CH3OH) ، فارمک ایسڈ (HCOOH) ، اور میتھیلین گلائکول (HOCH2OH)) میں میتھین کے براہ راست تبادلوں کو حاصل کرنے کے عمل کے بارے میں اطلاع دی۔ 25 ° C پر کاتلیسٹ۔ میتھین اور آکسیجن کو محیط حالات میں قیمتی سی ون آکسیجن میں تبدیل کرکے 4.2 ٪ اور تقریبا 100 100 C 1 سی 1 آکسیجنیٹس کا میتھین تبادلہ حاصل کیا گیا۔ یہ MOS2 اب تک واحد کاتالک ہے جو میتھین اور آکسیجن کے کمرے کے درجہ حرارت میں تبدیلی کا احساس کرسکتا ہے۔ یہ سب ایم او ایس 2 کے کنارے ایم او سائٹ کے منفرد جیومیٹری اور الیکٹرانک ڈھانچے کی وجہ سے ہے۔ اس ایم او سائٹ میں پانی کے ماحول میں آکسیجن کی طرف ایکٹیویشن کی ایک اعلی سرگرمی ہے ، جس سے جادوئی O = Mo = O* پرجاتیوں کی تشکیل ہوتی ہے۔ یہ پرجاتی کاربن ہائیڈروجن بانڈ کو توڑنے میں آسانی پیدا کرتی ہے اور میتھین کے CH بانڈ کی ایکٹیویشن توانائی کو کم کرتی ہے ، اس طرح میتھین کی رد عمل میں بہت زیادہ اضافہ ہوتا ہے ، اور اس طرح میتھین اور آکسیجن کی کم درجہ حرارت کو چالو کرنے کا احساس ہوتا ہے۔ اس دریافت سے مستقبل میں توانائی کے استعمال اور ماحولیاتی تحفظ کے ل more مزید امکانات لائے جائیں گے ، اور ساتھ ہی ہمیں اتپریرک اور معاونین کے حیرت انگیز کردار کے بارے میں گہری تفہیم فراہم کریں گے۔
3. میتھین کی کم درجہ حرارت کو چالو کرنے کی اہم حکمت عملی کی اہمیت کمرے کے درجہ حرارت پر میتھین اور آکسیجن کے براہ راست کاتالک تبادلوں کا ادراک کرنا ، اور قدرتی گیس میں میتھین کو دیگر مفید کیمیکلز میں تبدیل کرنا ، قدرتی گیس کے استعمال کی شرح کو بہت بہتر بنا سکتا ہے ، کچرے کو کم کرسکتا ہے ، اور ماحول کی بہتر حفاظت اور توانائی کی پائیدار ترقی کا ادراک کرسکتا ہے۔ . دوم ، گرین ہاؤس گیس کی حیثیت سے ، میتھین گلوبل وارمنگ میں اس کے تعاون میں کاربن ڈائی آکسائیڈ کے بعد دوسرے نمبر پر ہے۔ اگر میتھین کو دوسرے مادوں میں تبدیل کیا جاسکتا ہے تو ، یہ ہمیں ہوا کے آلودگیوں کے اخراج کو کم کرنے میں مدد کرسکتا ہے (جیسے کاربن آکسائڈز ، نائٹروجن آکسائڈز ، سلفر آکسائڈز ، ہائیڈرو کاربن ، اور ایتھر مرکبات) اور گلوبل وارمنگ کے دباؤ کو کم کرسکتے ہیں۔
