Хемијски инжењери бране мешање реакција након што студија тврди да је мешање непотребно | Цхемистри Ворлд

Хемијски инжењери у Холандији су се укључили у дебату о томе да ли да се мешају хемијске реакције или не, након објављивања студије која је сугерисала да мешање није важно. Као одговор, тим тврди да је мешање и даље кључно за поновљивост, селективност и скалабилност, посебно у хетерогеним или индустријски релевантним системима.

Последњих година су шипке за мешање пажљиво испитане, при чему су нека истраживања покренула питања, као што је контаминација која изазива лажне негативне резултате, саме шипке делују као ‘фантомски катализатори’ или њихов положај утиче на поновљивост. Недавно је студија тврдила да мешање може бити непотребно за одређене органске реакције у фази раствора, што је изазвало налет постова на друштвеним медијима о томе да ли је мешање важно или не. Зхонг-Куан Лиу и његове колеге са Универзитета кинеске медицине у Нањингу, истражили су 329 класичних органских реакција из 25 различитих категорија и закључили да мешање није утицало на исход.

„Били смо изненађени када смо видели колико се брзо тврдња да „мешање није важно“ проширила заједницом и друштвеним медијима“, каже Тимоти Ноел са Универзитета у Амстердаму. „Ово је, у најбољем случају, било тачно само под веома уским условима. Једном када повећате величину, уведете више фаза или се бавите брзим или егзотермним реакцијама, мешање је апсолутно одлучујуће. Сугерисање другачијег ризика доводи хемичаре у заблуду да превиде критични експериментални параметар и, у неким случајевима, стварају опасне ситуације.’

Ноел и његове колеге су се осећали приморани да исправе рекорд и обезбеде оквир који је лако читљив за размишљање када миксовање јесте или није важно. Објављујући препринт по хитном поступку, тим је изложио основне механизме дифузије и конвекције у транспорту хемијских врста у раствору и како лоше мешање може довести до низа проблема, као што су локализовани градијенти концентрације, или „вруће тачке“, које промовишу нежељене реакције или нежељене преципитације.

„Узмите једноставан пример: на малом нивоу, егзотермна реакција хлађена у леденом купатилу може изгледати савршено управљива, чак и без много мешања“, објашњава Ноел. „Али у већим размерама (ово може бити чак и у лабораторијском окружењу на – прилично скромној – скали од 250 мл–1 л), топлота произведена у центру реактора може брзо да премаши оно што дифузија или пасивно хлађење могу да поднесу. Без активног мешања, могу се развити локалне жаришне тачке, које могу изазвати бежне реакције и, у екстремним случајевима, експлозије.’

Мешовите реакције

„Прерано је доносити било какве закључке без довољно података (да их) подржи“, каже Лиу, коментаришући Ноелову студију. Он остаје при својим закључцима о утицају мешања на органске хемијске реакције, тврдећи да су они поткријепљени вишегодишњим истраживањем.

„Наш закључак говори људима да мешање или не мешање готово да нема утицаја на ефикасност велике већине органских хемијских реакција“, каже он. „Верујем да људи више воле да виде чињенице него да се ослањају на теоријске прорачуне са много претпоставки и без експерименталних података који би поткрепили своја нагађања.“

Али Ноел тврди да у малој тиквици са округлим дном, хемичари ретко виде драматичне разлике између мешаних и немешаних услова, тако да мисли да је мешање лако узети здраво за готово. „Не оспоравамо резултате (Лиуове студије). За мале, хомогене и релативно споре реакције, дифузија заиста може бити довољна“, објашњава Ноел. ‘Оно што смо имали проблема је генерализација. Начин на који су налази представљени и појачани на друштвеним мрежама (што није била грешка аутора) остављао је утисак да је мешање углавном непотребно,“ додаје Ноел.

„Понекад смо открили да је мешање непотребно, док је понекад критично“, коментарише Алекс Спид, који је специјализован за откривање реакција у релативно малом обиму на Универзитету Далхоусие у Новој Шкотској, Канада. „Мислим да свако ко рутински проверава нове реакције без мешања, ствара опасност да би могао пропустити важан налаз“, каже он.

„Ово постаје вероватније са бржим реакцијама, фотохемијским или електрохемијским реакцијама, и реакцијама које су хетерогене, било са интерфејсом чврста-течност, или интерфејсом гас-течност“, објашњава Спид. „У великим размерама или са веома егзотермним реакцијама, мислим да ће мешање увек остати критично. Из разлога наведених у Ноеловом раду, процесни хемичари проводе много времена бринући се, с правом, о мешању.’

У међувремену, Ноел сугерише да се дуго утврђено знање о дифузији, конвекцији и преносу топлоте у инжењерској литератури не провлачи увек у свакодневну праксу синтетичких хемичара. Штавише, диференцијалне једначине „нису шалица чаја за већину хемичара“, каже он. „Али када узмете у обзир инжењерске принципе и реалност повећања, слика је веома другачија.“

„Чињеница да је ова тема изазвала толико дискусија на друштвеним медијима наглашава шири помак: хемичари постају све више прилагођени питањима поновљивости, сигурности и робусности“, каже Ноел. „У том смислу, поновно разматрање ових основа није само здраво, већ и закашњело.“