Вращающиеся реакторы - самоорганизующиеся химические заводы

Благодаря центробежной силе и использованию жидкостей разной плотности могут развиваться самоорганизующиеся химические заводы. Предложенная Польшей идея вращающихся реакторов не только умна, но и красива. Исследование было размещено на обложке престижного журнала Nature.

Польско-корейская команда показала, как можно проводить целый ряд сложных химических реакций одновременно - не прибегая к сложным системам растений, ... центробежной силе. Первым автором публикации является д-р. Ольгерд Цибульски, который работает в Ульсанском национальном институте науки и технологий (UNIST) в Южной Корее.

Вращающийся химический реактор

- Мы показываем, как готовить самоорганизующиеся химические заводы, - описывает корреспондент автора публикации профессор Бартош Гржибовски (также UNIST и Институт органической химии Польской академии наук). Он добавляет, что у него уже есть идея, как сделать такой химический прядильный реактор ... для извлечения лития из жидкостей в батареях.

То, что жидкости разной плотности могут образовывать несмешанные слои, можно наблюдать даже во время обеда, глядя на бульоны. Суповый жир плавает сверху, потому что он менее плотный, чем водянистая часть супа.

Дома можно испытать более сложный опыт: много жидкостей разной плотности медленно переливают в один сосуд по одной. Начать можно с густого меда, кленового сиропа, средства для мытья посуды, воды, растительного масла до самого редкого керосина. Если это происходит достаточно медленно, вы увидите слои разных цветов, отделенные друг от друга и не смешанные в этом (несъедобном) столбце так называемой плотности.
Но если такой столб плотности начинает вращаться очень и очень быстро - вращать сосуд вокруг вертикальной оси (как на гончарном круге, но намного быстрее - например, 2,6 тысячи оборотов в минуту), то оказывается, что последующие слои образуют концентрические кольца. Самые легкие жидкости имеют меньший диаметр и помещаются ближе всего к центру центрифуги, тогда как самые плотные жидкости помещаются в большие кольца ближе к краю центрифуги. Центрифугирование является здесь важным фактором, поскольку центробежная сила начинает преобладать над поверхностным натяжением жидкости. Очень тонкие слои жидкости - до 0,15 мм или даже тоньше - можно получить без риска смешивания. Ученые показали, что при правильном выборе плотности жидкости в центрифуге, вращающейся вокруг общей оси, можно получить до 20 цветных колец.

Источник изображения: Cover Nature: Article Volume 586 Issue 7827, 1 October 2020

Самоорганизующиеся фабрики

Вращающийся столб плотности сам по себе является исключительно эстетическим физическим экспериментом. Тем не менее, профессор Бартош Гржибовски и его команда показали, насколько химики могут его использовать. Вращающиеся жидкости разной плотности могут быть изготовлены так, чтобы каждая из них содержала разные реагенты, необходимые для химической реакции.

Предположим, что химическое соединение залито прямо в центр центрифуги. Он распространяется через центрифугу и начинает диффундировать при контакте с самым редким, самым внутренним слоем. Но именно здесь происходит химическая реакция и образуется новое химическое вещество. Он также начинает диффузию и достигает следующего, более плотного слоя, где происходит следующая химическая реакция. Создан другой продукт. И так до тех пор, пока мы не получим конечный продукт из исходного продукта.