Mekanik Kuvvetle Katalizörlerin Harekete Geçirilmesi

Eindhoven Teknik Üniversitesinde (TU/e) ki araştırmacılar kimyasal reaksiyonları başlatmak için tamamen yeni bir yöntem geliştirdiler. İlk defa kimyanın en temel kavramlarından olan katalitik etkinliğin kontrolü için mekanik kuvvetleri kullandılar. Böylece kimyasal reaksiyonların mekanik kuvvetlerle başlatılması gerçekleştirildi. Bu keşif mekanik gerilim altında kendi kendini onarabilen malzemelerin geliştirilmesine zemin hazırlıyor. 

TU/e araştırma ekibi ilk defa bir katalizörün; bir polimer zincirinin, bir moleküler bağın, çekilmesiyle atıl durumdan aktif hale geçebileceğini kanıtladı. Araştırmacılar bu katalizörü polimerizasyonun da içinde yer aldığı çeşitli kimyasal reaksiyonların başlatılmasında kullanabildiler.

Bu buluş mekanik gerilim altında dayanabilen kendi kendini onarabilen malzemelerin geliştirilmesi için gerekli zemini sağlıyor. Örneğin eğer bir madde koparsa, eş zamanlı olarak metal kompleks yarıya kırılacak böylece katalizör aktif hale geçecek ve madde anında onarılacak. 

Bu çalışma ayrıca istenildiği gibi kimyasal reaksiyonların başlatılmasının ve sonlandırılmasının mümkün olduğu diğer uygulamalarda da araştırmalara öncülük edecek. Olası uygulamalar arasında plastik nesnelerin enjeksiyon kalıplaması, üretimin basitleştirilmesi için, ya da mikro ölçekte kimyasal sentezi de yer almaktadır. 

Araştırmacılar katalitik olarak aktif durumda olan bir metal iyonunu iki moleküler başlık kullanarak tamamen sardılar ve bu başlıklara iki polimer zinciri ekleyerek merkezinde metal kompleksi yer alan uzun bir zincir oluşturdular. Bir sıvı içerisinde çözülmüş olan bu yapılar ultra seslere maruz bırakılarak baloncukların oluşumu sağlanıldı. Baloncuklar içeriye doğru patladığında zincirleri geren ve en zayıf bağın ( metal kompleks ) eninde sonunda ikiye kırıldığı son derece kuvvetli bir akım oluştu. Metal iyonunu saran başlıklardan biri kırıldı böylece metal iyonu katalitik olarak aktif hale geldi. Diğer bir deyişle artık kimyasal reaksiyonları ivmelendirebilir.

Kaynaklar: 

http://www.sciencedaily.com/releases/2009/04/090406132059.htm
http://www.nature.com/nchem/journal/v1/n2/full/nchem.167.html
http://www.science.uwaterloo.ca/~cchieh/cact/c123/complex.html

Çeviri: Deniz KAYA

Hidrojen Depolamanın Anahtarı: İyon Akışkanlığı

Geliştirilmiş iyon akışkanlığı yeni hidrojen depolama alaşımının anahtarı. 

  
Kristal yapısı içerisinde nispeten büyük miktarlarda hidrojen depolayabilen ve daha sonrasında serbest bırakan yeni bir malzeme türünün yapısı çözüldü. Bu analiz belki de otomobil yakıt hücreleri ve benzer uygulamalar için pratik bir depolama malzemesini işaret etmekte. 

  
Hidrojen karbon temelli yakıtların yerini alma konusunda geleceğin taşımacılığında bir rol oynayabilir. Ancak araştırmacılar öncelikle oldukça yanıcı, kokusuz ve görünmez olan gazın büyük miktarlarda taşınması ve boşaltılması için ekonomik ve güvenli bir yöntem geliştirmeliler. Oldukça yüksek miktarlarda hidrojeni normal basınç değerlerinde hapsedebilen malzemeler mevcut fakat bu malzemelerin tamamı epeyce yüksek sıcaklıklara kadar ısıtılmadıkça hidrojeni serbest bırakmıyor.

Hui Wu Lityum amid ve hafif metal hidritlerinin karışımıyla oluşturulan yeni bir hidrojen depolama alaşımı üzerinde araştırmalar yapıyor. Lityum amid ağırlıkça hidrojenin % 10’nundan daha fazlasını tutabilmekte. Materyaller tersinir bir şekilde absorpladığı hidrojeni serbest bırakıyor fakat hidrojenin hem absorplanması hem de serbest bırakılması için yüksek sıcaklık gerekli ve ayrıca toksik yan ürün de ( amonyak) mevcut. 
  

Metal hidritler hidrojen depolayamıyor gibi görünsede son zamanlarda ikili kombinasyonlarının sadece önemli miktarlarda hidrojen depolamakla kalmadığı aynı zamanda lityum amid ten daha düşük sıcaklıklarda hidrojen serbest bıraktığı görülmekte hem de çok daha düşük amonyak üretimiyle.

Alaşımın bu başarısını anlamak için Wu nötron analizi kullanarak alaşımın atomik yapısını çözümledi ve lityum iyonlarının hızlıca yer değiştirdiği kalsiyum katmanlarını buldu. Kolay iyon değişimi materyalin düşük sıcaklıklarda hidrojen transferine olanak vermekte. Amid ve hidrit karışımındaki hidrojen iyonları kolayca birleşebiliyor ve çok fazla amonyak oluşturmaksızın düşük sıcaklıklarda hidrojeni serbest bırakabiliyor. 

Amid-hidrit sistemlerindeki küçük iyonların akışkanlığı büyük ölçüde hidrojen depolama özelliklerini geliştiriyor. Böylelikle amid-hidrit sistemlerinin içine ve dışına doğru hidrojen geçişinin nasıl gerçekleştiği anlaşılmış olundu. Ayrıca belkide hidrojen depolanması için daha iyi materyallerin gelişimine öncülük de edilmekte. 

Kaynakça:

http://www.sciencedaily.com/releases/2008/05/080516164817.htm 

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja800300e 


Çeviri: Deniz KAYA

Tg,Tm, MFR nedir ?

Soru:

1.Glass transition temperature ( Tg )

2.Melting point of Polymer ( Tm)

3. Melt flow rate ( MFR )

kavramlarının herkesin anlayabileceği basit bir türkçeyle ne ifade ettiğini örnekler açıklayabilir misiniz ?

Cevap:

En basiti ile tarif etmeye çalışırsak;

Bir polimerin zincir morfolojisi (polimer zincirlerinin yerleşimi) ya amorftur, ya da yarı kristaldir. Eğer polimer amorf ise polimer zincirleri birbirinin içine girmiş, bir yumak halidedir (bir tabaktaki pişmiş çubuk makarna gibi). Eğer yarı kristalin ise bu amorf yapı içerisinde yer yer birbiri üzerine düzgün bir şekilde istiflenmiş liner yapıda polimer zincirleri (pişmemiş çubuk makarna gibi) vardır.

Amorf yapıda polimer zincirleri arasında boşluk vardır, kristal yapıda ise bu boşluklar yoktur. 

Bir polimerin hacmi ise polimer zincirlerinin ve bu zincirlerin arasında kalan boşlukların toplamıdır. Kristal yapıda zincirler arasında boşluk olmayacağı için bir polimerin toplam hacmi içerisinde yer kaplayan boş hacim polimerin amorf kısmındaki boşlukların hacmidir.

Siz bir polimeri yavaş yavaş ısıtırsanız polimerin hacmi artmaya başlayacaktır (aynen gazlardaki gibi). Ancak sıcaklığa bağlı olarak artan bu hacim artışı (aslında artan hacim amorf bölgedeki polimer zincirlerinin arasındaki boşlukların hacmidir) belli bir sıcaklık aralığında liner çizgiden bir sapma gösterir (liner çizginin eğimi değişir, linerlik değişmez). Bu sapma hacimdeki ani bir artışı ifade eder. Bu ani artışın sebebi, amorf bölgedeki polimer zincirlerinin amorf bölgedeki boş hacimlere doğru hareket etmesi ve bu hareket sırasında zincirin yer değiştirmesinden kaynaklanan yeni hacim oluşumudur. Yani polimer zinciri dolu bir noktada iken boş olan hacme ilerlerken arkasında yeni bir boşluk oluşturur. İşte bu boşluklar hacim artışına (sıcaklığa bağlı hacim artışında hızlanmaya) neden olur. 

Tg denilen şey, işte bu ani hacim artışının (liner çizginin eğiminin değiştiği yer) olduğu, yani sadece amorf bölgelerdeki (kristal bölgeler değil) polimer zincirlerinin bu serbest hacim içerisinde harekete başladıkları sıcaklıktır.

Eğer siz polimeri ısıtmaya devam ederseniz, amorf bölgelerin hareketinden sonra birbiri üzerine düzgün bir şekilde istiflenmiş olan kristal bölgedeki polimer zincirleri de birbirleri arasındaki çekme kuvvetlerini yenerek (verilen eneri sayesinde) birbirleri üzerinden hareket etmeye başlarlar. 

İşte kristal bölgedeki zincirlerin birbirleri üzerinde hareket etmeye ve bir sıvı gibi akışkanlaşmaya başladıkları bu sıcaklık değeri de Tm, yani erime sıcaklığıdır.

Yani Tm, sadece yarı kristalin, başka bir deyiş ile yapısında kristalin bölgeler bulunan polimerler için geçerlidir. Eğer bir polimer %100 amorf ise bu polimerin erime sıcaklığı yoktur, sadece camsı geçiş sıcaklığı varıdır.

%100 amorf bir polimer Tg'nin altında katı, Tg'nin üstünde sıvıdır. Başka bir faz değişimi göstermez. Ama yarı kristalin bir polimer Tg'nin altında katıdır, Tg-Tm arasında yumuşak!tır, Tm'nin üstünde ise eriyik haldedir (sıvı demek doğru değildir).

Mesela PMMA polimeri %100 amorftur, Tg'si 100 derece civarındadır, Tm'si yoktur. Polietilenin ise Tg'si -40 derecelerde, Tm'si ise 130 derecelerdedir. 

Yukarıda adı geçen serbest hacim kavramı literatürde spesifik hacim olarak geçer. Aşağıda yukarıda anlattıklarımı özetleyen bir grafik veriyorum.

MFR, Melf Flow Rate, ya da MFI-Melt Flow Index ise Tm ve Tg'den farklıdır. MFI, Non-Newtonian akışkanlar için vizkozitenin tam tersini ifade eder. Yani vizkozite artarsa MFR düşer. Bir polimerin bellir bir sıcaklıkta, belli bir çaptaki meta borunun içerisinden, belli bir yük altındaki kütlesel akışı ile ilgilidir ve birimi kütle/zaman'dır. Suyun belli bir sıcaklıkta, iki ucu arasında delta P basınç farkı olan bir boru içerisindeki akış debisi gibi düşünebilirsin. Örneğin bir polietilen çeşidi için 2,16 kg yük altında, 190 derecede MFI 1 gr/10 dakika'dır. Başka bir PE için ise aynı şartlarda MFI 2 gr/10 dakika'dır. Bu 2. polimerin o şartlarda 1. polimerden daha akışakan olduğunu (yani vizkozitesinin daha düşük olduğunu) anlatır. Plastik sanayisinde viskozite yerine kullanılır, çünkü tayini çok daha kolay ve ucuzdur. Nasıl tayin edildiği ile ilgili bilgiye TS EN ISO 1133 standardından ulaşabilirsin.

Kaynak:

http://www.kimyamuhendisi.com/component/option,com_fireboard/Itemid,27/func,view/catid,18/id,5280/#5280

Elektriğin Metana Çevrimi

Penn State üniversitesi mühendis gruplarından birine göre mini mini bir mikroorganizma elektrikle su ve karbondioksiti direkt metana çevirebiliyor, muhtemelen karbon emisyonun sıfır olduğu taşınabilir bir enerji kaynağı üretiyor. 

Bruce E. Logan “ Mikrobiyal elektroliz hücrelerinde hidrojen yapmak için çalışıyorduk ve bütün bu metanı elde ettik. Belki de şimdi nedenini anlarız.” dedi.

Metanojik mikroorganizmalar üretimlerini bataklılarda ve çöplüklerde gerçekleştirirler ve biliminsanları organizmaların hidrojeni ya da organik materyalleri metana çevirdiğini düşünürdü. Ancak araştırmacılar mikrobiyal elektroliz hücrelerinde hidrojen üretmek için denemeler yaparken, hücrelerden beklediklerinden çok daha fazla metan ürettiler.

Bruce E. Logan “Bizimde kabulettiğimiz doğada gerçekleşen bütün bu metan üretimi belki de hidrojene bağlı olmadan devam ediyor. Aslında gaz fazında ki hidrojenin doğada çok az miktarda bulunduğunu bulduk. Belkide hidrojene dair kabullerimiz doğru değildir.”

Mikrobiyal elektroliz hücreleri bakteriler tarafından üretilen voltaja ek olarak elektrik voltajına ihtiyaç duyar. Böylece organik materyalleri hidrojene çevirmek için gerekli olan akım elde edilebilir. Araştırmacılar herhangi bir organik materyal olmaksızın su ve karbondioksiti metana elektrik akımı kullanarak çevirebilen tek hücreli bir mikroorganizma grubunu, Archaea, buldu.

Bruce E. Logan “Kendiliğinden daimi olarak direkt elektronları kabul edebilen ve metan oluşturmak için kullanan bir mikroorganizmamız var.” 

Logan ile çalışan Shaoan Cheng, Defeng Xing ve Douglas F. Call mikroorganizmaların metan ürettiğini doğruladı. Araştırmacılar iki bölümlü bir hücre oluşturdular. Hücrenin bir tarafında su içine daldırılmış bir anot diğer tarafında ise su içine daldırılmış bir katot ve inorganik besinler ile karbondioksit bulunuyordu. Sadece bir dakika için akım uyguladılar. Akabinde katodu Archaea biofilmiyle kapladılar ve sadece devredeki elektrik akımıyla değil ayrıca hücrede de metan ürettiler.

Kullandığımız voltajda akım elde etmemizin tek yolu mikroorganizmaların elektronları direkt kabul etmesiydi. Elektrokimyasal reaksiyon her hangi bir öncü metal katalist olmaksızın karbon dioksitin metana dönüştürüldüğü enerji seviyesinden daha düşük bir seviyede konvansiyonel ve biyolojik olmayan yöntemler kullanılarak gerçekleşir.

Hücreler elektriğin metana dönüşümünde % 80’lik bir verimlilik sergiliyorlar. Çünkü Karbondioksiti besin stoğu olarak kullanıyor ve elektrik; güneş ya da rüzgâr enerjisi gibi karbon dışı kaynaklardan elde edilirse eğer hücreler karbon nötrlüğünü sağlayabilecek.

Logan “Proses karbonu ayrı tutmuyor fakat karbondioksiti yakıta dönüştürüyor. Metanı yakar ve karbondioksiti ayırırsak eğer proses karbon nötralizasyonu olabilecek.” 

Logan taşınabilir bir yakıttan yenilenebilir enerji eldesi talebinin daha az olduğu bir yöntem öneriyor. Metan hidrojene nispeten tercih ediliyor. Çünkü ABD altyapısının büyük bir kısmı metanın taşınması ve teslimatı için çokta hazırlanıldı.

Kaynaklar:
http://www.sciencedaily.com/releases/2009/03/090330111257.htm
http://www.engr.psu.edu/ce/enve/logan/presentations.htm
http://www.engr.psu.edu/ce/enve/logan/bioenergy/video/MFC-video1371.MPG
http://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_neutral
http://en.wikipedia.org/wiki/Archaea

Çeviri: Deniz KAYA

Hayat - Engin Geçtan

Engin Geçtan'ın, uzun yıllardır sürdürdüğü klinik deneyimin ardından psikiyatriye, ülkemiz insanına ve bugün kaosun kenarında yaşanan süreçlere bakışını dile getirdiği bir çalışma. Özellikle büyük kent insanının günlük yaşamında hiç düşünmeden gerçekleştirdiği onlarca ayrıntıyı sade bir dille gözlemleyen Geçtan, bunların hayatımızda aslında ne büyük boşluklara karşılık gelebileceğini saptıyor.

 Geçtan terapi deneyimlerinden örneklere de yer verdiği kitabında yabancılaşmadan kuantum kuramına, kaostan e kadar pek çok konuya değiniyor. 

Kitabın dili benim için pek akıcı olduğunu söyleyemem. Bazı cümleler ve kelimeler o kadar uzundu ki tam olarak anlayabilmek için tekrarlar yapmak zorunluluk halini aldı.

Kitabın bölümlerinden birçoğu sadece tek bir konudan oluşmuyor. Birçok farklı konuyu tek bir bölümde bulabiliyorsunuz.

Birçok yazardan alıntılar yapılmış ve bu alıntılar yeri geldiğinde konuların giriş ya da gelişme kısımlarında  kullanılmış. Özlü söz olarak nitelendirebileceğim ifadelerin bolluğu dikkat çekici seviyede. Örneğin;

" ...ancak yine de bugün, bana uysun uymasın, yaşadığım herşeyin bana bir şey kattığını inanma eğilimindeyim."

" En zor şey karanlık bir odada bir kara kediyi bulmaktır, özellikle odada kedi yoksa. ( Konfüçyus ) "

" ..tekrar tekrar okudum;çok şey yazılmış, hiçbir şey söylenmemişti."

"...hayat bir dizi rastlantı ve bizim o rastlantılarla birlikte nasıl varolduğumuz ya da olmadığımız...."

Hergün kullandığımız yaşadığımız olguların farkındalığına ulaşmamızı sağlayacak bir kitap. 

Her ne kadar okurken tüm dikkatinizi toplamanız gerekse de aslında hergün yaşadığınız içten içe adlandıramadığınız birçok olayı ve olguyu gözler önüne sermesinden dolayı kitaplığınızda bu kitabın da yer alması gerektiğine inanıyorum.

Deniz Kaya

Kaynak: Engin Geçtan- Hayat

http://www.nadirkitap.com/hayat-engin-gectan-kitap277580.html

Bakterilerden Yakıt Üretimine Bir Adım Daha

Sheffield Üniversitesi biliminsanları geleceğin yakıtı olarak bakterilerin nasıl kullanılabileceğini gösterdi. Bioinformatics dergisinde yayınlanan araştırma da gelecekte çevre ve sürdürülebilir yakıt üretimiyle ilgili önemli imalar vardı. 

Tüm canlılarda olduğu gibi bakteriler de besinlerini enerji ve atığa çeviren büyük ardışık kimyasal tepkimelerle hayatlarını sürdürürler.

Nostoc adı verilen bakteri türünün metabolizması matematiksel bilgisayar modellemeleri kullanılarak detaylandırıldı. Nostoc azotu sabitleyerek yakıt olarak kullanılabilinecek olan hidrojen salıyor. Azotun sabitlenmesi enerji yoğun bir süreçtir ve bakterinin ihtiyaç duyduğu enerjiyi tam olarak nasıl ürettiği net değildi. Yeni bir bilgisayar sistemi bu işlemin nasıl gerçekleştiğinin detaylı bir şekilde anlaşılması için kullanıldı.

Şuana dek biliminsanları bakterinin metabolik faaliyetlerinin oluş sırasını tanımlamakta zorluklarla karşılaştılar. Bakteri metabolizması devasal bir kimyasal reaksiyonlar ağıdır ve en karmaşık tekniklerle bile ancak metabolizma işlemlerinin sadece ufak bir kısmı ölçülebilinir.

Araştırmaya öncülük eden Sheffield Üniversitesi Bilgisayar Bilimi öğretim üyesi Dr Guido Sanguinetti 

“ Araştırmada öncelikli olarak Nostoc bakterilerinin enerji mekanizması ve bu mekanizmanın merkezinde yer alan azot kullanımı arasındaki bağlantı ortaya çıkarıldı. Bu bağlantının daha fazla irdelenmesiyle belki de bu bakterilerin hidrojen üretim mekanizmalarının gelişiminin anlaşılması sağlanabilinecek. Bakterilerin araçlarımıza güç sağlaması yakın bir zamanda olacak ancak bu araştırma sürdürülebilir yakıtlara doğru atılmış hala küçük bir adım. Bizim için sıradaki adım ise hidrojen üretimini çeşitli biyolojik veri kaynaklarını içererebilen daha fazla matematiksel modeller oluşturarak daha fazla araştırma yapmak olacak.”

Bu araştırma Bilgisayar Bilimi ve Kimya Mühendisliği arasındaki disiplinler arası işbirliğinin oluşturduğu yeni bir disiplinin Sentetik Biyoloji’nin sonucudur. Sentetik Biyolojinin temel amacı bakteri metabolizmasında gerçekleşen hangi işlem sıralamalarının önemli fonksiyonlardan sorumlu olduğunun anlaşılması ve akabinde genetik olarak istenen fonksiyonları daha etkin bir şekilde sergileyebilen organizmalar tasarlanmasıdır.

Dr Guido Sanguinetti’ nin verdiği dersleri izlemek için tıklayınız.

Kaynak:

http://www.dcs.shef.ac.uk/~guido/

http://www.sciencedaily.com/releases/2008/08/080806113141.htm

Çeviri: Deniz KAYA