Reattori rotanti - fabbriche chimiche auto-organizzate

Grazie alla forza centrifuga e all'utilizzo di liquidi di diversa densità si possono sviluppare fabbriche chimiche auto-organizzate. L'idea per i reattori rotanti proposta dalla Polonia non è solo intelligente, ma anche bella. La ricerca è stata inserita sulla copertina della prestigiosa rivista "Nature".

Il team polacco-coreano ha mostrato come sia possibile eseguire contemporaneamente un'intera serie di reazioni chimiche complesse, senza ricorrere a complicati sistemi vegetali, ... forza centrifuga. Il primo autore della pubblicazione è il Dr. Olgierd Cybulski, che lavora presso l'Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) in Corea del Sud.

Un reattore chimico rotante

- Mostriamo come preparare fabbriche chimiche auto-organizzate - descrive l'autore corrispondente della pubblicazione, il Prof. Bartosz Grzybowski (anche UNIST e l'Istituto di Chimica Organica dell'Accademia Polacca delle Scienze). Aggiunge che ha già un'idea di come realizzare un simile reattore rotante chimico ... per recuperare il litio dai liquidi nelle batterie.

Il fatto che liquidi di diversa densità possano formare strati non mescolati può essere osservato anche durante il pranzo, fissando i brodi. Il grasso della zuppa galleggia sopra perché è meno denso della parte acquosa della zuppa.

A casa si può vivere un'esperienza più complessa: molti liquidi di diversa densità vengono versati lentamente in un unico recipiente uno alla volta. Puoi iniziare con il miele più denso, lo sciroppo d'acero, il sapone per i piatti, l'acqua, l'olio vegetale fino al cherosene più raro. Se ciò avviene abbastanza lentamente, vedrai strati di colori diversi separati l'uno dall'altro e non mescolati in questa cosiddetta colonna di densità (non commestibile).
Ma se una tale colonna di densità inizia a ruotare molto, molto rapidamente - per ruotare la nave attorno a un asse verticale (come su una ruota di ceramica, ma molto più velocemente - ad esempio 2,6 mila giri al minuto), risulta che gli strati successivi si formano concentrici anelli. I liquidi più leggeri hanno un diametro inferiore e sono posizionati più vicino al centro della centrifuga, mentre i più densi sono posti in grandi anelli più vicini al bordo della centrifuga. La centrifugazione è un fattore importante qui poiché la forza centrifuga inizia a dominare la tensione superficiale del liquido. È possibile ottenere strati di liquido molto sottili, fino a 0,15 mm o anche più sottili, senza il rischio di miscelazione. Se la densità del liquido viene scelta correttamente, gli scienziati hanno dimostrato che è possibile ottenere fino a 20 anelli colorati in una centrifuga che ruota attorno a un asse comune.

Fonte immagine: Cover Nature: Article Volume 586 Issue 7827, 1 ottobre 2020

Fabbriche auto-organizzate

La colonna rotante della densità è di per sé un esperimento fisico estremamente estetico. Tuttavia, il Prof.Bartosz Grzybowski e il suo team hanno dimostrato quanto i chimici possano farne uso. È possibile realizzare liquidi rotanti di diversa densità in modo che ciascuno di essi contenga un reagente diverso necessario per la reazione chimica.

Supponiamo che un composto chimico venga versato direttamente al centro della centrifuga. Si diffonde attraverso la centrifuga e inizia a diffondersi al contatto con lo strato più raro e più interno. Ma è qui che avviene la reazione chimica e si forma una nuova sostanza chimica. Inizia anche la diffusione e raggiunge lo strato successivo, più denso, dove avviene la successiva reazione chimica. Viene creato un altro prodotto. E così via fino a quando non otteniamo il prodotto finale dal prodotto iniziale.