Mười vạn câu hỏi vì sao Hóa học, phần 12. pps

Mười vạn câu hỏi vì sao Hóa học, phần
12.

31. Bảo vệ nhà cửa và đồng ruộng bằng đường
Đường có thể trở thành vũ khí lợi hại trong việc ngăn chặn
sự phá hoại công trình xây dựng và mùa màng của các loại
côn trùng có hại.

GDL có thể phá hủy hệ miễn dịch của côn trùng có hại

GDL (Glucono-Delta-Lactone), một chất có trong đường
glucose, là món ăn khoái khẩu của côn trùng nhưng chất
này lại có khả năng hủy diệt hệ miễn dịch của chúng. Các
chuyên gia của Viện công nghệ Massachusett (Mỹ) phát
hiện ra rằng GDL có khả năng khống chế hoạt động của
một số protein trong cơ thể côn trùng, tạo điều kiện cho vi
khuẩn và nấm tấn công và tiêu diệt chúng. Vì thế nhiều nhà
khoa học ví von rằng GDL là thuốc phiện của côn trùng.
“Côn trùng có hại, chẳng hạn như mối, có thể phá hoại cây
lương thực và công trình xây dựng của con người. Thiệt hại
mà chúng gây ra lên tới hơn 30 tỷ USD mỗi năm”, tiến sĩ
Ram Sasisekharan, một nhà nghiên cứu của Viện công
nghệ Massachusett, cho biết.
Sasisekharan hy vọng rằng phát hiện này có thể dẫn tới một
phương pháp bền vững, không độc hại để ngăn chặn sự phá
hoại của côn trùng đối với mùa màng và công trình xây
dựng. Để làm được điều đó, các nhà khoa học sẽ tác động
vào gene của thực vật để chúng sản xuất nhiều GDL hơn
mức bình thường. Họ cũng có thể trộn GDL vào vật liệu
xây dựng để chống lại sự tấn công của côn trùng. Ngoài ra
chúng ta còn có thể sử dụng chất đó trong quá trình chế

biến và cất giữ thực phẩm.
Theo vnexpress.net
32. “Gỗ lỏng” thay thế chất dẻo
Chất dẻo là một trong những phát minh lớn nhất ở thế kỷ
XX. Tuy nhiên, các nhà khoa học người Đức đang tìm cách
thay thế chất dẻo bằng một loại vật liệu mới tạm gọi là “gỗ
lỏng” với nhiều tính năng vượt trội.
Chất dẻo rất hữu ích trong đời sống hiện nay nhưng lại có
quá nhiều nhược điểm như: khó tái sử dụng, chứa nhiều
hóa chất độc, làm hại môi trường và thậm chí là căn nguyên
của một số bệnh ung thư; chất dẻo có nguồn gốc từ dầu mỏ
mà đây lại là nguồn nguyên liệu không tái sinh…
Kỹ thuật “gỗ lỏng” sẽ tạo nên chất liệu mới thay thế cho
chất dẻo trong nhiều năm tới. Nhà nghiên cứu Norbert
Eisenfreich tại Viện Kỹ thuật hóa học Frounhofer (ICT)
cho biết, loại vật liệu mới có tên gọi arboform. Chúng
được tạo thành từ chất lignin lấy ra từ các mô mềm của gỗ
rồi phối hợp thêm một số thành phần khác để trở thành chất
rắn, không độc hại và hoàn toàn có thể thay thế chất dẻo.

“Gỗ lỏng” có thể là một sự thay thế tuyệt vời cho chất
dẻo ?
Gỗ gồm 3 thành phần: lignin, cellulose và hemicellulose;
trong đó lignin thì không dùng trong công nghiệp giấy, bị
loại bỏ trong quá trình sản xuất. Các nhà nghiên cứu đã
dùng lignin phối hợp với một số chất liệu khác như sợi gỗ
tự nhiên, sáp, sợi gai dầu, sợi lanh để tạo ra một hỗn hợp có
thể nấu chảy và tơi xốp. Khi chuyển thành thể rắn thì
arboform trông rất giống chất dẻo với những tính năng và
công dụng tương tự.

Hiện tại arboform có thể được dùng để chế tạo một số bộ
phận của xe hơi. Tuy nhiên arboform còn một nhược điểm
lớn là chứa quá nhiều chất sulphur. Các nhà khoa học
người Đức tin rằng họ có thể làm giảm 90% sulphur trong
arboform để có thể sử dụng an toàn trong nhà. Arboform có
thể tái chế để sử dụng nhiều lần và khi tiêu hủy thì nó
không làm hại môi sinh.
33. Chất nổ thế hệ mới: mạnh hơn, an toàn hơn
Các nhà khoa học Đức vừa phát triển thành công một loại
chất nổ thế hệ mới, mạnh hơn các loại chất nổ “truyền
thống”, ít có khuynh hướng nổ đột ngột, và tạo ra ít chất
khí độc hại hơn.

Loại chất nổ mới mạnh hơn và thân thiện với môi
trường
Trong nghiên cứu mới về loại chất nổ thân thiện với môi
trường này, hai nhà khoa học Thomas M. Klapötke và
Carles Miró Sabate cho biết rằng các loại chất nổ “truyền
thống” được sử dụng rộng rãi trong quân sự, như TNT,
RDX và HMX, có chứa nhiều carbon và sản sinh ra nhiều
khí độc khi được kích nổ.
Các loại chất nổ “truyền thống” không chỉ làm ô nhiễm môi
trường, mà còn có độ nhạy cao với các tác động vật lý, như
sự va chạm mạnh và tia lửa điện, nên cực kỳ nguy hiểm khi
sử dụng. Theo nhóm nghiên cứu, chất nổ thế hệ mới phải
“xanh” hơn và an toàn hơn.
Để đáp ứng yêu cầu đó, Klapötke và Sabate đã dùng loại
nguyên liệu mới tên là tetrazoles mà hầu hết năng lượng nổ
của nó có nguồn gốc từ nitơ thay vì carbon. Họ đã nhận
diện được 2 loại tetrazoles có nhiều triển vọng và từ 2 loại

nguyên liệu này, nhóm nghiên cứu đã tạo ra những “quả
bom” bé xíu và kích nổ chúng trong phòng thí nghiệm. Kết
quả thử nghiệm cho thấy so với các loại thuốc nổ thông
thường hiện nay, loại chất nổ mới này ít nhạy với chấn
động hơn và phát ra ít khí độc hơn khi nổ.
34. Sản xuất nilon từ nông nghiệp
Nilon – loại sợi tổng hợp được sử dụng phổ biến thứ hai
trên thế giới có vai trò quan trọng trong cuộc sống hằng
ngày của chúng ta. Nhưng quá trình sản xuất nilon lại kéo
theo nhiều vấn đề về ô nhiễm môi trường ! Vấn đề đặt ra
cho các nhà hóa học là tìm được phương pháp mới để sản
xuất nilon mà ít gây ô nhiễm.
Axit adipic là một trong những mục tiêu được nhắm tới vì
nó là nguyên liệu chính của nilon. Phương pháp truyền
thống để sản xuất axit adipic ra đời cách đây gần một thế kỉ
và đến nay vẫn áp dụng, đi từ benzen, một hoá chất gây
ung thư lấy từ nguồn nguyên liệu không tái sinh là dầu mỏ.
Việc chuyển hoá benzen thành axit adipic đòi hỏi nhiệt độ
cao và áp suất cao. Khâu cuối cùng của quá trình nhiều giai
đoạn có sự tham gia của axit nitric tạo ra khí nhà kính nitơ
oxit (N
2
O). Trong bảng xếp hạng về ô nhiễm khí quyển thì
ngành sản xuất axit adipic chiếm tới 10% lượng N
2
O sinh
ra.
Tại một phòng thí nghiệm, nilon đã được sản xuất từ loại
đường phong phú nhất trong tự nhiên: D- glucozo. Hai nhà
hoá học Karen Draths và John thuộc trường đại học Purdue

bang Indiana, Mỹ, hi vọng rằng phương pháp này sẽ được
triển khai để thay thế các quy trình vừa gây ô nhiễm vừa
tốn năng lượng hiện nay.


Từ đường D-glucozo có thể sản xuất được sợi nilon ?

Nhưng D- glucozo ở đâu ra? Thật đơn giản, dễ kiếm và
nhiều vô kể. Đó là các phế liệu nông nghiệp dưới dạng
xenlulozo. Hai nhà khoa học vừa nói trên đã chỉ ra một con
đường mới dùng enzym để chuyển hoá D- glucozo thành
axit muconic. Chất này sẽ phản ứng với hidro để tạo thành
axit adipic. Để chuyển hóa D-glucoza thành axit muconic,
Draths và John đã kết hợp hai xúc tác sinh học phỏng theo
quá trình trong thiên nhiên.
Quá trình thứ nhất: biến D- glucozo thành các axit amin
như Phenialamin, Tiroxin và Tritophan(cả ba đều chứa
vòng benzen). Một tác động tự nhiên dẫn dắt các axit amin
này qua hợp chất trung gian là axit 3- Dehidro- Sikimic
(DHS), hai nhà bác học này coi phân tử trên là chìa khóa để
tạo ra axit adipic.
Họ thấy rằng có thể tăng hiệu suất của DHS đến cực đại
bằng cách dùng thể đột biến di truyền của vi khuẩn E. Coli
kí hiệu bằng mã số AB2834. Ngoài ra còn có các enzym
khác nữa được Draths và John huy động để chuyển hoá
DHS thành axit muconic. Hiệu suất sản xuất axit này tính
theo D-glucozo là 30%.
Giai đoạn cuối cùng là một quá trình hóa học thuần túy,
axit muconic chuyển thành axit adipic bằng cách hydro hoá
trên xúc tác platin.

Các nhà phát minh cho rằng triển khai quy trình này trên
quy mô công nghiệp là không phải dễ dàng. Song thuận lợi
lớn đối với công nghiệp là quy trình diễn ra ở nhiệt độ và
áp suất thường. Việc sản xuất nilon từ nguyên liệu sinh học
đã mở ra phương pháp mới bảo vệ môi trường để nilon
giảm đi danh tiếng là “kẻ gây ô nhiễm” và mãi giữ được vị
trí thứ nhất trong thế giới sợi tổng hợp.
35. Tăng cường tính xúc tác của platin
Trong nỗ lực để tạo ra quá trình quang hợp nhân tạo, tận
dụng nguồn năng lượng dồi dào của Mặt trời, các nhà khoa
học cần đến những điện cực làm từ platin, một vật liệu quý
hiếm và đắt tiền. Những hạt platin nano đa diện, có diện
tích bề mặt lớn gấp 4 lần đã tạo ra tính chất xúc tác mạnh
cho các phản ứng diễn ra. Nếu các nhà nghiên cứu có thể
chế tạo ra những hạt xúc tác nhỏ hơn nữa, với hình dạng
đem lại hiệu quả tương tự, thì có thể giảm được lượng
platin được sử dụng. Giảm được lượng kim loại đắt tiền
này có thể giúp cho những ứng dụng của chúng dễ được
chấp nhận hơn về mặt chi phí. Nó cũng có tầm quan trọng
cho những ứng dụng khác, chẳng hạn như tổng hợp các
nhiên liệu thay thế và chuyển hoá các chất khí thải như CO
2

thành những sản phẩm hữu ích.
Theo nhận xét của Francesco Stellacci, Giáo sư về khoa
học và kỹ thuật vật liệu ở Viện Công nghệ Massachusetts
(MIT), Mỹ, thì công trình nghiên cứu này có ý nghĩa quan
trọng, vì nó liên quan đến platin, một kim loại mà cho đến
nay vẫn được dùng nhiều nhất để làm chất xúc tác. Ngoài
ra, nó cũng giúp tăng cường hiểu biết về sự thay đổi hình

dạng của các hạt có ảnh hưởng thế nào tới tính chất xúc tác
của chúng.

Các hạt xúc tác platin có kích cỡ nano

Để chế tạo các hạt nói trên, các nhà nghiên cứu ở Georgia
Tech và Xiamen đã cho một lượng tương đối lớn các hạt
platin phân tán lên bề mặt cacbon. Tiếp theo, họ đặt một
điện thế xoay chiều lên đó, gây ra các phản ứng hoá học có
tính quyết định về những điểm mà những nguyên tử platin
sẽ tích tụ và những điểm chúng không tích tụ. Kết quả là
những hạt platin 24 mặt đã hình thành ở trên bề mặt.
Hạt đa diện mà các nhà nghiên cứu tạo ra có hoạt tính cao,
tại đó có nhiều hơn số lượng các nguyên tử không ổn định
và phản ứng mạnh so với các hạt platin thông thường. Các
nhà nghiên cứu đã cho thấy rằng những bề mặt này, nếu so
với các hạt platin đang được sử dụng hiện nay, có tỷ lệ
phản ứng cao hơn, và từ đó có thể tạo ra các chất xúc tác rẻ
hơn.