ایده های خیلی بد

دانشجوی کارشناسی ارشد سخت است. اگر شما یک پروفسور هستید، می توانید در برج عاج خود بنشینید و به انواع ایده های بیهوده فکر کنید و تا زمانی که هیچ یک از آنها قوانین ترمودینامیک را نقض نکنند، در نهایت توسط توانمند ما به تمرین کاهش می یابند (و بهبود می یابند!) دانشجویان تحصیلات تکمیلی و فوق دکترا اما شیطان در جزئیات است و همه آن روح‌های شجاع مانده‌اند که بفهمند چگونه موانع جنبشی واکنش‌هایی را که ما فکر می‌کنیم پایین بیاورند. واکنش‌هایی وجود دارد (متاسفانه، بسیار)، که در آن‌ها مسیرهای انرژی مشابه بسیار زیادی وجود دارد، به همین دلیل است که ما با محصولات جانبی به مشکل می‌خوریم… جدا از این جزئیات ناچیز (من دارم طعنه می‌زنم)، شیمی به طرز فریبنده‌ای ساده است: هر ایده ای در مورد یک نقطه پایانی جداسازی شده از سنتز که انرژی بالایی ندارد، ارزش ریسک را دارد. نیازی به گفتن نیست، شما می توانید شرایط خاصی را طراحی کنید و واسطه های سربالایی (مثلاً کربوکاتیون ها) را جدا کنید، اما این به نوعی به معنای ایجاد یک مانع جنبشی است. حال، آیا ایده‌های مضحک (اما به ظاهر قابل قبول) وجود دارد که می‌تواند ما را به دور انداخت مگر اینکه بنشینیم و یک لحظه به آنها فکر کنیم؟ در اینجا یکی از مشکلاتی است که من دوست دارم با همکارم، پروفسور جیک چین صحبت کنم. فرآیند کلی زیر را در نظر بگیرید:

تصویر

ggg1

تصور کنید که می خواهید کاتالیزوری بسازید که این واکنش را اجرا کند. آیا چنین کاتالیزوری می تواند وجود داشته باشد؟ نه، نمی تواند. نحوه نگارش این واکنش مزخرف محض است. برای اینکه این تبدیل فرصتی برای کار در جهت رو به جلو داشته باشد، تغییر انرژی آزاد گیبس باید کمتر از صفر باشد. در مثال بالا به وضوح تغییر آنتروپی نداریم و آنتالپی نیز تغییر نمی کند. علاوه بر نقض قانون دوم ترمودینامیک، در اینجا با اصل برگشت پذیری میکروسکوپی مشکل وجود دارد زیرا هر کاتالیزوری که در جهت رو به جلو کار می کند باید بتواند فرآیند مخالف را کاتالیز کند. البته، واکنش‌های استوکیومتری قابل طراحی هستند و راه‌حل‌های زیادی برای این نوع مسئله «R به S» وجود دارد. آنزیم ها نیز می توانند این کار را انجام دهند (و به صورت کاتالیزوری!)، اما این واکنش ها هستند فرآیندهای جفت شده، به این معنی که چیز دیگری در مورد محصول یا ماده اولیه شما وجود دارد. از این رو، انرژی محصول با انرژی ماده اولیه یکسان نیست. شما می توانید برگشت پذیری میکروسکوپی را با فتوشیمی بشکنید، اما اگر به فعال سازی حرارتی علاقه دارید، هر کاتالیزوری که فکر می کنید ممکن است روند فوق الذکر را ترویج کند، لزوما باید برگشت پذیری میکروسکوپی و قانون دوم را نقض کند. به نقطه شروع من برگردم: مگر اینکه ما ایده های مضحک ترمودینامیکی را پیشنهاد کنیم، پروفسور بودن بهترین شغل است. جورج اولاه می‌گوید: «هی – من سرگرمی‌ام را انجام می‌دهم و دانشگاه حتی برای آن پول به من می‌دهد!»

دیدگاه‌ خود را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *