Kimya Nobeli Çarşamba günü, çöl havasındaki suyu emmekten iklimi ısıtan karbondioksiti yakalamaya kadar her şeyi yapabilen küçük deliklerle dolu malzemeler üretmenin devrim niteliğinde bir yolunu keşfeden üç bilim adamına verildi.
Metal-organik çerçeveler olarak adlandırılan özellikle geniş moleküler mimari, bilim adamlarının sudaki “sonsuza kadar kimyasalları” filtrelemesine, vücutlara ilaç kaçırmasına ve hatta meyvelerin olgunlaşmasını yavaşlatmasına da olanak tanıdı.
Japon Susumu Kitagawa, İngiltere doğumlu Richard Robson ve Amerikalı-Ürdünlü Omar Yaghi’nin uzun zamandır beklenen Nobel Ödülü’nü kazanmasının ardından, onların keşifleri hakkında bilmeniz gerekenleri burada bulabilirsiniz.
Metal-organik çerçeveler nelerdir?
Cambridge Üniversitesi’nde metal-organik çerçeveler (MOF’ler) üzerinde çalışan profesör David Fairen-Jimenez, AFP’ye verdiği demeçte, sabah duşunuz için sıcak suyu açtığınızı hayal edin.
Banyonuzdaki ayna, su molekülleri düz yüzeyinde toplandıkça buğulanır, ancak yalnızca bu kadarını emebilir.
Fairen-Jimenez, şimdi bu aynanın son derece gözenekli (minik deliklerle dolu) bir malzemeden yapıldığını ve bu deliklerin “su molekülü büyüklüğünde” olduğunu hayal edin.
Bu malzeme, mümkün göründüğünden çok daha fazla su veya diğer gazları tutabilecektir.
Nobel töreninde bu gizli saklama yeteneği, Hermione’nin Harry Potter’daki sihirli çantasına benzetildi.
Nobel’in yaptığı açıklamada, belirli bir MOF’un birkaç gramlık iç alanının “futbol sahası kadar büyük bir alanı kapladığı” belirtildi.
Glasgow Üniversitesi’nde malzeme kimyası profesörü olan Ross Forgan, AFP’ye MOF’ları “deliklerle dolu katılar” olarak düşünmesini söyledi.
Temelde sofra tuzuna benzeyebilirler, ancak “içi boş oldukları için içlerinde gülünç derecede yüksek bir depolama kapasitesi var; diğer molekülleri bir sünger gibi emebilirler.”
Nobel kazananlar ne yaptı?
1980’lerde Robson, Avustralya’daki Melbourne Üniversitesi’ndeki öğrencilerine, kimyasal bağları temsil eden çubuklarla birbirine bağlanan, atomların rolünü oynayan tahta topları kullanarak moleküler yapılar hakkında ders verdi.
Bir gün bu ona farklı türdeki molekülleri birbirine bağlamaya çalışma konusunda ilham verdi. 1989’a gelindiğinde elmasınkine benzer bir kristal yapı çizmişti; tek farkı devasa deliklerle dolu olmasıydı.
Fransız araştırmacı David Farrusseng, MOF’ların yapısını Eyfel Kulesi’ne benzetti. AFP’ye verdiği demeçte, “Tüm demir kirişlerin (yatay, dikey ve çapraz) birbirine kenetlenmesiyle boşlukların ortaya çıktığını görüyoruz” dedi.
Ancak Robson’ın delikli yapıları istikrarsızdı ve herhangi birinin onlarla ne yapılacağını anlaması yıllar aldı.
1997 yılında Kitagawa nihayet MOF’un metan ve diğer gazları emip salabildiğini göstermeyi başardı.
Metal-organik çerçeveler terimini icat eden ve bunlardan yapılan malzemelerde ne kadar yer olduğunu dünyaya gösteren kişi Yaghi’ydi.
Ne yapabilirler?
Bu çerçeveler farklı şekillerde (bir nevi Lego ile oynamak gibi) bir araya getirilebildiğinden, dünya çapındaki şirketler ve laboratuvarlar yeteneklerini test ediyor.
Fransız araştırma merkezi CNRS’den Thierry Loiseau, AFP’ye verdiği demeçte, “Bu, inanılmaz bir heyecan yaratan ve son derece hızlı ilerleyen bir alan.”
Cambridge Üniversitesi veri tabanına göre, bilimsel literatürde halihazırda 100.000’den fazla farklı tür rapor edilmiştir.
Fairen-Jimenez, “Her ay 500 yeni MOF var” dedi.
O ve Forgan, MOF’ların dünya üzerinde yaratacağı en büyük etkinin muhtemelen karbon yakalama ve ilaç dağıtımı alanlarında olacağı konusunda hemfikirdi.
Çok abartılı olmasına rağmen, insan kaynaklı küresel ısınmanın itici gücü olan karbondioksiti yakalama çabaları şu ana kadar vaatlerini yerine getiremedi.
Forgan, bir zamanlar “karbon yakalama konusunda biraz şüpheci olduğunu, ancak şimdi nihayet (MOF’leri) tüm endüstriyel gereksinimleri karşılayacak noktaya kadar iyileştirdiğimizi” söyledi.
Kanadalı kimya üreticisi BASF, karbon yakalama çalışmaları için yılda yüzlerce ton MOF üreten ilk şirket olduğunu söylüyor.
Ekstra depolama alanı aynı zamanda MOF’ların ilaç içeren molekülleri vücuda kaçırmasına da olanak tanıyor ve şu anda devam eden birkaç klinik deneme var.
Ve Yaghi, bir MOF malzemesinin ABD’nin Arizona eyaletindeki çölde gece havasından su buharını toplayabildiğini gösterdi.
Yükselen güneş malzemeyi ısıttıktan sonra ekibi içilebilir suyu topladı.
