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Reactores rotativos - fábricas químicas autoorganizadas

Gracias a la fuerza centrífuga y al uso de líquidos de diferentes densidades, se pueden desarrollar fábricas químicas autoorganizadas. La idea de los reactores giratorios propuesta por Polonia no solo es inteligente, sino también hermosa. La investigación fue colocada en la portada de la prestigiosa revista "Nature".

El equipo polaco-coreano mostró cómo se puede llevar a cabo una serie completa de reacciones químicas complejas al mismo tiempo, sin recurrir a complicados sistemas de plantas ... fuerza centrífuga. El primer autor de la publicación es el Dr. Olgierd Cybulski, quien trabaja en el Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan (UNIST) en Corea del Sur.


Un reactor químico giratorio

- Mostramos cómo preparar fábricas químicas autoorganizadas - describe el autor corresponsal de la publicación, el profesor Bartosz Grzybowski (también UNIST y el Instituto de Química Orgánica de la Academia Polaca de Ciencias). Agrega que ya tiene una idea de cómo hacer un reactor de hilado químico de este tipo ... para recuperar litio de los líquidos en las baterías.

El hecho de que los líquidos de diferentes densidades puedan formar capas sin mezclar se puede observar incluso durante el almuerzo, mirando los caldos. La grasa de la sopa flota en la parte superior porque es menos densa que la parte acuosa de la sopa.

Se puede tener una experiencia más compleja en casa: muchos líquidos de diferentes densidades se vierten lentamente en un solo recipiente, uno a la vez. Puede comenzar con la miel más densa, jarabe de arce, jabón para platos, agua, aceite vegetal hasta el queroseno más raro. Si esto sucede con la suficiente lentitud, verá capas de diferentes colores separadas entre sí y no mezcladas en esta (no comestible) llamada columna de densidad.
Pero si dicha columna de densidad comienza a girar muy, muy rápidamente, para girar el recipiente alrededor de un eje vertical (como en un torno de alfarería, pero mucho más rápido, por ejemplo, 2,6 mil revoluciones por minuto), resulta que las capas subsiguientes se forman concéntricas. anillos. Los líquidos más livianos tienen un diámetro más pequeño y se colocan más cerca del centro de la centrífuga, mientras que los más densos se colocan en anillos grandes más cerca del borde de la centrífuga. La centrifugación es un factor importante aquí, ya que la fuerza centrífuga comienza a dominar la tensión superficial del líquido. Se pueden conseguir capas de líquido muy delgadas, de hasta 0,15 mm o incluso más delgadas, sin riesgo de mezcla. Si la densidad del líquido se elige correctamente, los científicos han demostrado que se pueden obtener hasta 20 anillos de colores en una centrífuga que gira alrededor de un eje común.

Fuente de la imagen: Cover Nature: artículo volumen 586 número 7827, 1 de octubre de 2020

Fábricas autoorganizadas

La columna giratoria de densidad es en sí misma un experimento físico extremadamente estético. Sin embargo, el profesor Bartosz Grzybowski y su equipo han demostrado cuánto pueden aprovecharlo los químicos. Se pueden fabricar líquidos rotativos de diferentes densidades de modo que cada uno de ellos contenga un reactivo diferente que se necesita para la reacción química.

Supongamos que se vierte un compuesto químico directamente en el centro de la centrífuga. Se propaga a través de la centrífuga y comienza a difundirse al entrar en contacto con la capa más rara e interna. Pero ahí es donde tiene lugar la reacción química y se forma una nueva sustancia química. También inicia la difusión y alcanza la siguiente capa más densa, donde tiene lugar la siguiente reacción química. Se crea otro producto. Y así sucesivamente hasta que obtengamos el producto final del producto inicial.



Gracias a la columna de densidad de hilado, muchas reacciones químicas ocurren espontáneamente una tras otra. No se requieren series de experimentos, muchos recipientes, mezcladores o tubos.

Dado que los anillos son muy delgados y su área de contacto es grande, la difusión de las conexiones entre los anillos se produce en un tiempo relativamente corto (mucho más corto que cuando la columna está estacionaria).
Posibles aplicaciones

El profesor Grzybowski señala que estas plantas químicas autoorganizadas pueden encontrar aplicaciones industriales, por ejemplo, para la separación de componentes de mezclas. En una publicación en Nature, los investigadores han demostrado cómo se pueden obtener aminoácidos (componentes proteicos) del mosto fermentado en un experimento de hilado de este tipo.

- De manera similar, esto también se podría hacer para la recuperación de litio de la mezcla después de las baterías. Y todavía no hay buenos métodos para hacer esto ", dice el químico.