Guma od kukuruza zahvaljujući metalnom gelu

Kad bi čovjek sve kemijske udžbenike i ine knjige pročitao, teško da bi našao kemijsku reakciju koja je toliko hvaljena i toliko kuđena kao reakcija oksidacije alkohola. Tehnolozi je hvale, a pijanci kude, premda bi je i oni trebali hvaliti. Kako to?

Riječ je o tome da se alkohol, etanol (C₂H₅OH) oksidira u dva stupnja. U prvom stupnju od njega nastaje acetaldehid ili etanal, CH₃CHO, a oksidacijom rečenog aldehida, u drugom stupnju, dobiva se octena kiselina, CH₃COOH. Na toj se reakciji temelje alkotestovi. Alkohol iz daha se oksidira, primjerice kalijevim dikromatom, u octenu kiselinu čije prisustvo potom otkriva indikator promjenom boje ili nešto drugo na neki drugi način. Oksidacija alkohola otkriva dakle da smo si malo popili (za sretan put) prije no što smo sjeli za volan. Prokleta oksidacija!

Ali da nema „proklete oksidacije“ teško da bismo se mogli otrijezniti. Jer se alkohol upravo tako, oksidacijom detoksicira. Time se može protumačiti činjenica da čovjek pri teškom radu, i uopće s jakim (aerobnim) metabolizmom, lakše podnosi alkohol: „Mene doktorica pita da li pijem. Što bih pila? Samo malo vinjaka kad idem na polje raditi – ali meni flaša po dva dana traje.“

Postoji međutim i druga strana oksidacije alkohola, strana koja nema veze s alkoholizmom. To je tehnološka oksidacija alkohola. Ona postaje sve potrebnija otkako prelazimo na obnovljive izvore energije, otkako želim zamijeniti naftu i zemni plin ne samo kao energente nego i kao sirovine za kemijsku industriju. Acetaldehid se dobiva od etina (acetilena), etanol pak od etena (etilena), dakle od nezasićenih ugljikovodika. No alkohol se može dobiti, i najviše se dobiva, na prastari način, naime alkoholnim vrenjem, fermentacijom. Oksidacijom alkohola u acetaldehid može se dobiti vrijedna sirovina za kemijsku industriju, napose na sintezu umjetne gume, polibutadiena, koja se razlikuje od prirodne gume, poliizoprena, pa se stoga jedna guma drugom ne može posve zamijeniti.

U posljednje se vrijeme proizvodi mnogo etanola da bi poslužio kao gorivo za automobile. U Sjedinjenim Državama se 40 % uroda kukuruza prerađuje u (bio)etanol. Nešto od te količine moglo bi se skrenuti u tvorničke pogone. No prije svega etanol treba oksidirati. Kako? Pogodnim katalizatorom.

Upravo su takav katalizator nedavno napravili kineski znanstvenici. Njihov znanstveni rad „Manipulating multimetallic effects: Progmming size-tailored metal aerogels as self-standing electrocatalysts“, objavljen u časopisu Matter govori nešto što je strano ušima nestručnjaka. Oni su napravili gel ne od proteina (poput hladetine) ili od škroba (poput pudinga) nego od metala – zlata i platine (i još nekoliko drugih).

Čini se jednostavno, a nije. Ako se zlatni(III) klorid (AuCl₃, ili, točnije, HAuCl₄ /AuCl₄^–) reducira, nastaje koloidno zlato, zlato raspršeno u obliku (nano)čestica. No da bi od čestica nastao gel treba ih povezati u niti, niti koje, poput minijaturnih žičica, vode električnu struju, a usto su složene tako da do njih mogu lako dolaziti molekule alkohola. Nanometarske niti usto moraju biti podjednako duge i ne smiju se granati. Dodatkom „pomoćnih“ metala može im se modificirati duljina, ali i druga svojstva. Od mnogih kombinacija najboljom se pokazala kombinacija zlata i platine, dobivene redukcijom K₂PtCl₄, u kojoj na atom zlata dolazi atom platine (Au₅₀Pt₅₀). Tako su dobivene šest nanometara (oko 20 atoma) duge niti, koje su bile kraće od niti čistoga zlata (44 nm). Kada je tako dobiven gel nanesen na grafitnu podlogu, po protoku se struje vidjelo da 22 puta brže oksidira metilini, a 17 puta brže etilni alkohol od čiste platine, standardnog katalizatora za tu reakciju.

Poboljšanje katalitičkih svojstava može se pripisati prije svega porastu aktivne površine katalizatora, što je očito posljedica sinergističkog učinka dvaju metala („multimetallic effects“), zlata i platine. Tako su tehnolozi došli do još jednog katalizatora a mi do spoznaje da se od metala mogu napraviti toliko fine niti da od njih nastane gel, poput gelova što ih čine nitaste molekule bjelančevina u jogurtu ili u juhi od kože i kostiju.

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, među kojima je i „Kemičar u kući – kemija svakodnevnog života“.