Cis-trans izomerizacija, prijelaz cis-izomera u trans-izomer je nešto što ne volimo vidjeti u ulju koje jedemo. Da budem malo određeniji, cis-trans izomerija je osebujna vrsta stereoizomerije (prostorne izomerije) koja se pojavljuje kod kemijskih spojeva s dvostrukom vezom. Kako takvu, dvostruku vezu sadrže i nezasićene masne kiseline, one koje nalazimo poglavito u ulju, svaka se takva kiselina može nalaziti u obliku cis-izomera ili pak u obliku trans-izomera. U prirodi, pa tako i u prirodnom, neprerađenom ulju nezasićene se kiseline nalaze u obliku cis-izomera. No zagrijemo li ulje, dolazi do reakcije izomerizacije, do prelaska cis-kiselina u trans-kiseline. Pri tome nastaju, razumije se, trans-masne kiseline za koje smo mnogo puta mogli pročitati da su štetne za zdravlje. Stoga ne treba grijati ulje ili, može se i tako reći, zdravije je peći na masti nego na ulju.
Sve što je zlo ne mora uvijek biti zlo, ono što je zlo u biologiji ne mora biti zlo u tehnologiji. Upravo o tome govori znanstveni rad kineskih znanstvenika „Harnessing both phase change and isomerization high-energy-density azobenzene-composites for efficient solar energy storage“ objavljen u časopisu Molecules.
Njihova se metoda čuvanja toplinske energije („efficient solar energy storage“) temelji – kao pri grijanju ulja – na prijelazu jednog izomera u drugi, samo što nije riječ o istoj vrsti dvostruke veze. U molekulama nezasićenih masnih kiselina dvostruka je veza veza C=C, a u azobenzenu veza N=N. Unatoč toj razlici, sa stereokemijskog je stanovišta situacija ista. Pitanje je naime samo u tome s koje se strane dvostruke veze nalaze najbliži ugljikovi atomi. Ako se nalaze s iste strane dvostruke veze, izomer se označava kao cis, ako se pak nalaze s različite strane izomeri se označavaju kao trans. (Te su oznake došle od latinskih prijedloga cis i trans, koji znače s ove ili s one strane rijeke – sjetimo se samo Cisjordanije i Transjordanije!) Kako su u cis-izomeru ugljikovi atomi najbliži dvostrukoj vezi bliže jedan drugome, njegova će energija biti viša od energije trans-izomera u kojem se dvostrukoj vezi najbliži ugljikovi atomi međusovno udaljeniji. Do spontanog prijalaza cis-izomera u trans-izomer međutim ne dolazi, jer između izomera postoji energijska barijera. Drugim riječima, trans je stabilan, a cis metastabilan oblik istog kemijskog spoja, azobenzena ili nezasićene masne kiseline. No, vratimo se radu kineskih znanstvenika.
Oni su za pohranu energije Sunca iskoristiti derivat azobenzena kojeg su označili kao C14Azo. Taj se kemijski sastoji od molekule azobenzena na koju je vezan ugljikovodični lanac od 14 ugljikovih atoma. Zašto baš četrnaest? Zato što su taj derivat, C14Azo, pomiješali s miristinskom kiselinom (MA), C13H27COOH, iz čije formule možemo pročitati da također sadrži 14 ugljikovih atoma. Tako su nastali kompozitni materijali („azobenzene-composites“) za čuvanje Sunčeve energije.
Kažem „kompozitni materijali“ u množini, jer su kineski znanstvenici ispitali tri takva materijala. Oni su sadržavali 35, 45 ili 55 masenih postotaka azobenzenskog derivat C14Azo. No tu nije kraj raznolikosti ni u smjesama ni u oznakama (C14Azo-MA-1, C14Azo-MA-2, C14Azo-MA-3) jer se u svakoj smjesi C14Azo može nalaziti u obliku oba izomera. Izomer niže energije, trans-C14Azo, može se prevesti u izomer više energije, cis-C14Azo, ozračivanjem ultraljubičastim zračenjem valne duljine 365 nm. A obratno? Baš kao i kod ulja: zagrijavanjem.
Što se tu zapravo događa bolje ćemo razumjeti ako prikažemo čitav proces. Smjesa C14Azo i miristinske kiseline se zagrije na 59 oC, a potom se talina ozračava ultraljubičastim zračenjem. Pri tome trans-C14Azo prelazi u cis-C14Azo. Potom se talina pusti da se skrutne (kristalizira) pri temperaturi od oko 40 oC. Pri kristalizaciji C14Azo-MA ne otpušta samo latentnu toplinu taljenja nego i toplinu (energiju) koja se oslobađa prelaskom cis-C14Azo u trans-C14Azo. Drugim riječima, grijanjem i ozračivanjem energiju vežemo, a hlađenjem (kristalizacijom) je oslobađamo.
Sada nam postaje malo jasnije kako bi trebao izgledati novi uređaj za pohranjivanje Sunčeve energije. Kada ima sunca, C14Azo-MA se tali i ozračuje, a kada ga nema pušta se da se hladi – i otpušta energiju. A rezultat?
Evo ga: najbolja smjesa, C14Azo-MA-3 (u kojoj ima 55 % C14Azo) može uskladištiti 225,08 J po gramu, što je 14,42 % više nego u čistoj miristinskoj kiselini. Malo ili mnogo? Onome kome se to čini malo neka samo pomisli na količinu topline spremljene u milijune toplinskih spremnika.
Nenad Raos, rođen u Zagrebu 1951., je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, od 2017. u mirovini. Autor je oko 200 znanstvenih i stručnih radova iz područja teorijske i bioanogranske kemije te povijesti i filozofije znanosti. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Sada piše za Čovjek i svemir te za mrežne stranice Panopticum i, naravno, Bug online. Autor je 16 znanstveno-popularnih knjiga, posljednje dvije su „Kemičar u kući – kemija svakodnevnog života“ i „Antologija hrvatske popularizacije prirodnih znanosti“.
