Mehanokemija, koja kemijske reakcije pokreće mehaničkom silom, sve je češća u sintezi materijala i održivoj "zelenoj" kemiji. Provodi se naizgled jednostavno - mljevenjem kuglicama.

Ipak, ono što se zbiva u samom trenutku sudara kuglica i čestica, dosad je ostajalo izvan dosega izravnog promatranja. Novo istraživanje međunarodnog tima sada prvi put daje odgovor na to pitanje na molekularnoj razini, priopćio je Institut Ruđer Bošković.

Istraživači su razvili protokol računalnih molekulsko-dinamičkih simulacija koji omogućuje promatranje sudara kuglice i čestice poput usporene snimke. Izračuni su provedeni na superračunalu Supek u Sveučilišnom računskom centru (Srce).

'Na modelnom sustavu kalijeva klorida i 18-kruna-6 etera pokazali smo da reakcija započinje tek kada sudar prenese dovoljno energije da razbije ionsku kristalnu rešetku', rekla je Ana-Sunčana Smith s Instituta Ruđer Bošković, dopisna autorica rada. Dodala je da mehanička aktivacija nije kontinuiran proces, nego ovisi o dosezanju energetskog praga potrebnog za fragmentaciju kristala.

Rezultati pokazuju da se reakcije mljevenjem odvijaju u diskretnim koracima, pri čemu svaki dovoljno snažan sudar omogućuje daljnji napredak reakcije, što objašnjava potrebu za dugotrajnim mljevenjem. Poseban dio istraživanja odnosi se na ulogu vode kao tekućeg dodatka. 'Simulacije pokazuju da mala količina vode olakšava nastanak kompleksa, dok prevelika količina stabilizira reaktante i onemogućuje reakciju', istaknuo je Ivan Halasz s Instituta Ruđer Bošković.

Znanstvenici naglašavaju da njihov pristup ne pokušava doslovno oponašati cijeli proces mljevenja u laboratorijskom mlinu, već se fokusira na ono presudno, a to je pojedinačni sudar i posljedice koje on ostavlja na molekularnoj razini. Autori vjeruju da upravo to otvara prostor za racionalnu optimizaciju i za bolje 'upravljanje' reakcijom koja se do sada često oslanjala na iskustvo i sistem pokušaja i pogrešaka.

Autori navode da njihov pristup omogućuje racionalnije planiranje mehanokemijskih reakcija, uključujući jačinu sudara i doziranje tekućih dodataka, što može dovesti do veće učinkovitosti, manje potrošnje energije i manjeg stvaranja otpada. Rad pod naslovom Deciphering Ball Milling Mechanochemistry via Molecular Simulations of Collision-Driven and Liquid-Assisted Reactivity objavljen je u časopisu Angewandte Chemie International Edition i istaknut je na njegovoj naslovnici.

Istraživanje su financijski poduprle Njemačka zaklada za znanost i Hrvatska zaklada za znanost.