Катализ. Искусство ускорять

В этом выпуске обсуждаем историю катализа.

*https://www.youtube.com/watch?v=7lkBXvJ6Yeg
**https://300.ya.ru/v_Z88UlOGK

таймкоды

00:00:04 Введение в катализ

• Человек всегда стремился ускорить процессы: зажечь костёр быстрее, переплавить металл, сварить еду.
• Катализ — это явление, при котором вещество не участвует в реакции напрямую, но без него процесс останавливается.
• Катализ лежит в основе 90% современной химической промышленности.

00:00:44 История катализа

• Учёные наблюдали странные эффекты: металл ускоряет горение, глина помогает превращать жиры в мыло, золото делает реакции более послушными.
• Йенс Якоб Берцелиус в 1835 году описал явление катализа, назвав его «катализис».
• Берцелиус систематизировал наблюдения и предложил термин «катализ».

00:02:43 Наследие Берцелиуса

• Берцелиус настаивал на реальности механизма катализа, несмотря на скептицизм коллег.
• Его подход к науке был примером инженерного мышления.
• Термин «катализатор» до сих пор используется в химии и бизнесе.

00:04:08 Хамфри Дэви и Майкл Фарадей

• Дэви и Фарадей наблюдали, как платина вызывает воспламенение газов без пламени.
• Дэви называл это активностью поверхности, а Фарадей заметил, что платина действует без видимых изменений.
• Эксперименты Дэви и Фарадея перевернули химическое мышление.

00:06:36 Пол Сабатье и гидрогенизация

• Пол Сабатье заметил, что никель ускоряет гидрогенизацию органических соединений.
• Гидрогенизация используется в производстве маргарина, пластмасс, лекарств и топлива.
• Сабатье получил Нобелевскую премию в 1912 году за методы гидрогенизации.

00:08:09 Революция в катализе

• До Сабатье катализ считался непредсказуемым, после него он стал технологией.
• Теперь можно было не только ускорять реакции, но и управлять ими, выбирая направление и получая нужные продукты.

00:08:28 Сабатье и гетерогенный катализ

• Сабатье научился использовать катализаторы, превращая жидкие растительные жиры в твёрдые.
• Его методы легли в основу гидрогенизации масел и создания маргарина.
• Сабатье построил фундамент гетерогенного катализа на поверхности твёрдого тела.

00:09:25 Никелевый катализатор Сабатье

• Никелевый катализатор Сабатье стал основой химической промышленности.
• Он был дешёвым, массовым и надёжным.

00:10:23 Фриц Габер и синтез аммиака

• Габер стремился синтезировать аммиак из воздуха и водорода.
• После множества экспериментов он нашёл оксид железа, активированный промоутерами, который стал катализатором реакции.
• В 1909 году Габер доказал синтез аммиака на лабораторной установке.

00:11:19 Карл Бош и масштабирование процесса

• Бош превратил идею Габера в технологию, создав инфраструктуру для производства аммиака.
• Он разработал стальные реакторы, компрессоры, системы охлаждения и фильтрации.
• Первый завод был построен в 1913 году.

00:12:19 Применение аммиака в войне

• Аммиак использовался для производства взрывчатки и отравляющих газов.
• Габер возглавил химическую службу Германии и лично наблюдал применение отравляющих газов на фронте.

00:12:43 Нобелевские премии и последствия

• Габер получил Нобелевскую премию в 1918 году за синтез аммиака.
• Процесс Габера — Боша увеличил урожайность, но также стал инструментом войны.
• Бош получил Нобелевскую премию в 1931 году, но страдал от депрессии и конфликтов с нацистами.

00:13:47 Катализаторы чистоты

• Ирина Жолио-Кюри и Жан Френе обсуждали необходимость применения катализаторов для защиты окружающей среды.
• Френе разработал катализаторы для нейтрализации автомобильных выбросов.
• Их работы привели к массовому внедрению каталитических нейтрализаторов в 1970–1980-х годах.

00:16:38 Герхард Эртель и поверхностная химия

• Эртель изучал взаимодействие молекул с поверхностью катализатора с помощью ультравакуума, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, электронных микроскопов и лазеров.
• Он показал, как молекулы водорода взаимодействуют с платиной и поверхностью.
• Эртель получил Нобелевскую премию в 2007 году за понимание процессов на поверхности катализатора.

00:18:18 Влияние работ Эртеля

• Работы Эртеля легли в основу современного дизайна катализаторов.
• Современные катализаторы разрабатываются на основе точечных моделей и квантовых расчётов.
• Эртель сделал катализ понятным, как Галилей изменил астрономию.

00:18:51 Дженнифер Дудна и рибозимы

• Дженнифер Дудна родилась в 1964 году в Вашингтоне, детство провела на Гавайях.
• Работала с РНК и ферментами, изучая рибозимы — биологические катализаторы, способные ускорять химические реакции без участия белков.

00:19:51 Открытие CRISPR-Cas9

• В 2012 году Дудна и Эммануэль Шарпантье опубликовали работу о системе CRISPR-Cas9, которая позволяет бактериям вырезать чужой генетический материал.
• Фермент Cas9, направляемый короткой РНК, находит нужный участок в геноме, делает разрез и запускает реакцию починки.

00:20:35 Применение CRISPR

• CRISPR используется в генетике, производстве новых белков, редактировании клеток, иммунной системы, борьбе с раком и создании устойчивых к болезням растений.
• Катализ теперь возможен не только на поверхности металлов, но и внутри ДНК.

00:21:32 Этические и социальные аспекты

• Катализ стал информационным оружием, обсуждаемым в лабораториях, парламентских залах, церквях и этических комитетах.
• Молекулы теперь читаются, редактируются и собираются заново с помощью ферментных катализаторов.

00:22:25 Катализатор как способ мышления

• Катализ позволяет ускорить реакции, не разрушая систему, и применяется в химии, энергетике, экологии, информатике и обществе.
• Катализатор делает работу возможной, а не выполняет её за вас.

00:23:22 Будущее катализа

• Необходимо применять катализ ко всем аспектам жизни: экономике, мышлению, этике.
• Ускорение без направления ведёт к хаосу, поэтому важно учитывать намерения тех, кто использует катализаторы.

Расшифровка видео

0:04
С давних времён человек стремился
0:06
ускорить неизбежное, зажечь костёр
0:08
быстрее, переплавить металл при меньших
0:10
затратах, сварить еду без часового
0:12
томления. Это было ещё до того, как мы
0:15
узнали слово каталис. Каталис — это
0:17
странная вещь. Вещество не участвует в
0:19
реакции напрямую, не расходуется, но без
0:22
него ничего не происходит. Оно как
0:24
дирижёр, который не издаёт ни одной
0:26
ноты, но без него оркестр превращается в
0:28
хаос. Здравствуйте, друзья. Сегодня мы
0:30
говорим про каталис. Об искусстве
0:33
ускорять.
0:40
[музыка]
0:44
Сегодня каталис — основа 90% всей
0:47
современной химической промышленности.
0:49
Мы получаем удобрение, лекарства,
0:51
пластик, топливо, чистую воду, даже
0:53
воздух благодаря катализу. Но путь к
0:55
этому знанию был долгим, извиристым и
0:57
полон заблуждений.
0:59
Долгое время учёные наблюдали странные
1:01
эффекты: металл ускоряет горение, глина
1:04
помогает превращать жиры в мыло, золото
1:07
делает реакции более послушными. Но как,
1:10
почему, что происходит? Это история не
1:13
только реакций, но и людей. Людей,
1:16
которые задавали неудобные вопросы. Они
1:18
были из Швеции, из Франции, из Германии
1:20
и Британии. Каждый из них добавил нечто
1:23
своё, как капля платины в поток газа.
1:26
маленькая, но способна изменить всё. Это
1:29
история тех, кто научился ускорять и тем
1:31
самым изменить ход самой истории.
1:36
Енс Якоб Берцелиус, отец понятия
1:39
каталис. В начале XIX века химия ещё
1:42
напоминала алхимию. Учёные больше
1:44
гадали, чем понимали. Таблица Менделеева
1:46
ещё не родилась. Атомы были гипотезой, а
1:49
реакции чем-то вроде фокуса, который
1:51
иногда удаётся, а иногда нет. На этом
1:53
фоне появляется человек с маниакальной
1:55
тягой к систематизации. Енс Якоб
1:57
Берцелиус, швед, сын учителя, оставшийся
2:00
сиротой в 12 лет. Его юность прошла в
2:02
нужде. Он работал фельшером, писал под
2:05
чужим именем, чтобы хоть как-то
2:06
прокормиться. Но именно в этом периоде
2:09
закаляется его аналитический ум.
2:11
Берцелиус был одержим измерениями. Он
2:12
первым начал систематически взвешивать
2:14
вещества до и после реакции и заметил:
2:17
«Масса всегда сохраняется, на поведении
2:19
веществ нет». В 1835 году в одной из
2:22
своих работ он описал странное явление.
2:24
Некоторые вещества, попадая в
2:26
реакционную смесь, не расходуются, но
2:28
ускоряют реакцию. Он назвал это
2:31
катализом от греческого катализис.
2:33
Разрушение, то есть распад, ускоренный
2:35
вмешательством. Катализ — это
2:36
воздействие, происходящее от вещества,
2:38
которые не вступают в реакцию, но
2:40
вызывают её ход. Примеров у него было
2:42
немного: платина, ускоряющая сгорание
2:44
водорода, медь, активирующая превращение
2:47
спиртов. Ну, собственно, и всё. Он
2:49
видел, что это работает, но почему не
2:51
знал никто. Коллеги не приняли его идею
2:53
с восторгом. Одни посмеивались.
2:55
Вещества, призраки, которые работают, их
2:57
никто не видит. Другие предлагали свои
2:59
объяснения от божественного
3:01
прикосновения до некой силы в эфире.
3:03
Берселиус же настаивал, речь идёт не о
3:05
магии, о реальном, пусть и неуловимом
3:07
механизме. Он писал десятки писем,
3:10
спорил, предлагал гипотезы. Весь его
3:12
подход — это пример инженерного мышления
3:14
до проявления инженерии как профессии.
3:16
Он верил в структуру, закономерность и
3:18
повторяемость. И хотя он ошибался во
3:21
многом, не понимал, например, роли
3:22
поверхности, адсорбции, активных
3:24
центров, он дал миру слово, а это уже
3:27
больше, чем просто наблюдение. Берцелиус
3:29
не получил Нобелевскую премию, потому
3:31
что умер за полвека до её появления. Но
3:34
он основал целую эпоху. Он был тем, кто
3:36
впервые сказал: «Здесь есть нечто
3:38
особенное, давайте это изучим».
3:40
Интересно, что спустя почти 200 лет его
3:42
термин до сих пор используется. Мы
3:44
говорим катализатор в химии, катализатор
3:47
в обществе, катализатор в бизнесе. Мы
3:49
имеем в виду того, кто запускает
3:51
процесс, не расходуя себя. Именно это
3:53
делал Берцелиус как человек. Он не был
3:55
великим экспериментатором, не построил
3:57
заводов, не придумал технологий, но он
4:00
дал людям новый способ думать, и этот
4:02
способ стал катализатором для науки,
4:04
промышленности и истории в целом.
4:08
Хамфри Дейви и Майкл Фарадей. Платиновые
4:11
искры. Если Берцелиус дал катализу имя,
4:14
то Дэви и Фародей первый, кто заглянул
4:17
ему в глаза. Причём буквально они
4:19
наблюдали, как платина, лежащая на
4:20
столе, вдруг начинала светиться и
4:22
вызывать воспламенения газов без
4:24
пламени, без огня, просто от
4:26
соприкосновения. Начнём с Ханфри Деви.
4:29
Он родился в Корноуле на юго-западе
4:31
Англии в семье резчика по дереву. В
4:34
детстве был склонен не столько к учёбе,
4:35
сколько к поджогам в буквальном смысле.
4:38
Он любил делать фейерверки, жёг смесь
4:40
соли с углём и однажды чуть не подорвал
4:42
школу. Его учителя считали просто
4:45
безнадёжным. Позже в лаборатории
4:47
Британского королевского института Дэви
4:48
стал звездой науки. Буквально он
4:50
устраивал публичные опыты, собирая
4:53
полные залы. Там он впервые показал
4:55
эффект. Платина, помещённая в смесь
4:58
водорода и кислорода, вызывает
4:59
мгновенное воспламенение. Он не знал,
5:01
как это происходит. Он просто называл
5:03
это активностью поверхности,
5:05
необъяснимым ускорением. И хотя сам
5:08
термин каталис тогда ещё не существовал,
5:11
он точно описывал явление, которое позже
5:13
так назовут. Рядом с ним Майкл Фародей,
5:16
тогда ещё лаборант, помощник
5:18
переписывающий лекции, чистящий
5:20
пробирки. Родился он в семье кузнеца.
5:22
Образование, начальная школа, всё
5:25
остальное самоучка. Но он обладал
5:27
невероятным вниманием к деталям. Именно
5:30
он позже продолжит опыты DV и станет
5:32
первооткрывателем электромагнитной
5:34
индукции. Но это уже другая история.
5:36
Фарадей подметил, что платина не просто
5:38
ускоряет воспламенения, она действует
5:40
без видимых изменений. Она остаётся
5:42
платиной, но вокруг неё мир меняется.
5:44
Это и есть суть катализа воздействие без
5:46
участия. Тогда никто не знал про
5:48
активные центры, адсорбцию,
5:50
поверхностную химию. Это были времена,
5:51
когда даже сама идея, что поверхность
5:53
может что-то делать, казалась странной.
5:56
Но Дэви и Фарадей открыли путь. Они
5:58
показали, что металлы могут запускать
6:00
реакции, не разрушаясь. Это перевернуло
6:03
химическое мышление. Однако была и
6:05
проблема. Платина металл дорогой,
6:07
редкий. Далеко не все могли позволить
6:09
себе работать с ним. Но именно платина
6:11
дала тот ясный эффект, который нельзя
6:13
было игнорировать. Эти эксперименты
6:15
породили массу споров. Некоторые учёные
6:17
считали, что металл загрязнён примесями
6:20
и потому ведёт себя активно. Другие
6:22
говорили: «Это не химия, это фокусы». Но
6:25
Деви и Фародей были убеждены, перед нами
6:27
явление нового рода. Как говорил
6:29
Фародей, вещества могут действовать не
6:31
меняясь. Это напоминает влияние идей.
6:34
Они запускают мысль, оставаясь
6:35
неизменными. Идея действия и участия
6:37
позже станет не только научной
6:39
концепцией, но и философским образом.
6:41
Катализатор как фигура в тени, которая
6:42
меняет всё, не прикасаясь напрямую. Если
6:45
Берцелиус дал катализу термин, то Дэви и
6:48
Фарадей дали ему лицо горящее платиновое
6:51
сияющее припреп прикосновении с будущим.
6:55
Пол Сабатья, алхимик водорода. Пол
6:57
Сабатья родился в Каркасоне на юге
6:59
Франции, города с крепостными стенами,
7:01
каменными мостами и ароматом вина.
7:03
Возможно, именно там, среди
7:05
виноградников и упрямых людей, он
7:06
научился быть настойчивым. Катали с того
7:08
времени всё ещё был загадкой, красивым
7:10
термином, без инженерного дела. Собатий
7:13
решил это изменить. Однажды он заметил
7:15
странный эффект. Если пропустить водород
7:17
через органические соединения, в
7:19
присутствии никеля молекула начинала
7:21
преобразовываться
7:22
из газа в жидкость, из одного
7:25
углеводорода в другой. Это был
7:27
гидрогенолиз и гидрогенизация. Это
7:29
процессы, при которых водород
7:30
присоединяется к органическим молекулам
7:32
и то, что теперь используется в
7:34
производстве маргарина, пластмасс,
7:36
лекарств и топлива. Собатье
7:38
экспериментировал десятилетиями. Он
7:40
пробовал разные металлы, температуры и
7:42
давления. Катализаторы быстро теряли
7:44
активность, засорялись, отравлялись.
7:46
Никель оказался не просто дешёвым, но и
7:48
удивительно устойчивым. Собатья не знал,
7:51
почему это работало, но это работало. И
7:54
он продолжал. Он часто работал с химиком
7:56
Жанном Батистом Сендереном. Их называли
7:58
калитическим дуэтом, но лавры в итоге
8:00
достались собатье. Нобелевская премия
8:02
1912 года за методы гидрогенизации
8:05
органических веществ в присутствии
8:07
тонкодиспергированных металлов. Важно,
8:09
Собатье всё ещё не знал, как именно
8:12
работает каталис. Он просто точно знал,
8:14
что он работает. И это было уже
8:16
революцией. До Сабатья Каталис считался
8:19
непредсказуемым. После него он стал
8:21
технологией. Теперь можно было не просто
8:23
ускорять реакции, но управлять ими,
8:25
выбирать направление, получать нужные
8:27
продукты. Цитата собатия. Я не открыл
8:30
каталис, я просто научился его
8:32
использовать. Он говорил, что
8:34
катализатор, как хороший дипломат, не
8:36
вмешивается напрямую, но меняет всё.
8:38
Благодаря его подходу мир получил новые
8:40
типы продуктов. Его методы легли в
8:42
основу гидрогенизации масел, то есть
8:44
превращение жидких растительных жиров в
8:46
твёрдый. Так появился маргарин. Так
8:49
родились новые типы синтетических масел.
8:52
Так началась эпоха топлива из
8:53
углеводородов, которых в природе не
8:56
существовало. Собатья был ярым
8:58
противником сложных теорий. Он не
9:00
принимал квантовую механику, отрицал
9:02
идеи о волновой природе вещества. Он не
9:03
верил в абстрактное, но верил в
9:05
практику. Именно эта вера позволила ему
9:08
построить фундамент того, что мы сегодня
9:10
называем грогенным катализом, то есть
9:12
катализом на поверхности твёрдого тела.
9:14
На его похоронах в 1941 году прозвучала
9:17
фраза: «Он был человеком, который сделал
9:19
катализ настоящим». Это справедливо,
9:22
потому что до него каталис был загадкой,
9:24
а после инструментом. Его никелевый
9:26
катализатор, дешёвый, массовый,
9:29
надёжной, стал рабочей лошадкой
9:30
химической промышленности. Можно
9:32
сказать, что Сабатья дал катализу руки.
9:35
Если Берцелиус дал ему имя Дэви лицо, то
9:38
Сабатье — инструмент. И этим
9:41
инструментом до сих пор пользуется весь
9:43
мир.
9:45
Фриц Габер и Карл Бош, химики,
9:48
изменившие планету. На рубеже X и XX
9:51
века химия уже умела многое: превращать
9:53
уголь в краску, воздух в свет, газы в
9:55
пламя, но не умела решать главную задачу
9:57
цивилизации, как накормить растущее
9:59
население. Весь азот для удобрений тогда
10:01
получали из природных источников. Гуана
10:03
с островов, селитра из Чили. Этого едва
10:06
хватало на Европу. При этом азот 78%
10:09
воздуха, он везде, но недоступен. И вот
10:11
появился человек, который взялся за
10:13
невозможное. Фриц Габер, алхимик войны и
10:17
урожая. Родился в Бреслау, сейчас
10:19
вроцлав Польша, в еврейской семье
10:21
торговца-красителями.
10:23
Он был амбициозен, едок на скандалы,
10:26
перфекционист до дьявольского уровня.
10:28
Страстно хотел прославиться, и это ему
10:30
удалось. Но ценой всего. Габер поставил
10:33
цель научиться синтезировать амиак из
10:36
воздуха. То есть взять азот и водород и
10:39
соединить их. Казалось бы, простая
10:41
реакция, но она упрямо не шла. Молекулы
10:44
азота настолько стабильно, что их не
10:46
возьмёшь ни температурой, ни давлением,
10:47
ни уговорами. Габер стал
10:49
экспериментировать. Он дошёл до
10:51
экспериментальных условий. 200-300
10:54
атмосфер, 500-600°.
10:57
Он пробовал сотни катализаторов и в 1909
11:00
году нашёл оксид железа, активированный
11:03
промоторами.
11:04
Реакция пошла. из воздуха и водорода
11:07
аммиак. Из амиака удобрение, из
11:09
удобрений еда. Он доказал это на
11:12
крошечной лабораторной установкой,
11:13
синтезировав амиак и капнул его на
11:15
лакмусовую бумагу. Та изменила цвет. Это
11:18
был не просто эксперимент. Это был
11:20
момент, когда человечество получило
11:22
контроль над самым устойчивым элементом
11:24
атмосферы. Но это была только половина
11:26
дела. Карл Бош 1874-1940,
11:31
инженер невозможного. Габер был теоретик
11:34
и лабораторный мученик. Чтобы превратить
11:36
идею в технологию, нужен был инженер. И
11:38
им стал Карл Бош, сотрудник БАФ. Тихий,
11:41
спокойный, методичный. Полная
11:43
противоположность Габеру. Бошу пришлось
11:46
решить задачу, которой не было в
11:47
учебниках. Как масштабировать процесс,
11:50
работающий при 300 атмосферах? Как
11:52
сделать аппаратуру, неразлетающуюся на
11:54
куски? Как доставлять водород? Как
11:57
бороться с отравлением катализатора? Он
11:59
создал целую инфраструктуру. Стальные
12:02
реакторы, компрессоры, систему
12:04
охлаждения, фильтрации, всё впервые. Это
12:06
был не просто инженерный проект, это
12:08
было рождение химической промышленности
12:10
как отрасли тяжёлой индустрии. В 1913
12:14
году построили первый завод. В 1914
12:17
началась Первая мировая война. Немецкая
12:19
армия, лишённая поставок селитры, выжила
12:22
благодаря амиаку из воздуха. Но тот же
12:24
амиак пошёл и в производство взрывчатки.
12:26
Габер сам возглавил химическую службу
12:29
Германии, разработал отравляющие газы,
12:31
лично наблюдал их применение на фронте.
12:33
Его жена, химик Клара Иммервар, не
12:36
выдержала, покончила с собой в знак
12:38
протеста. Цитата Габера. Во время войны
12:41
учёный служит своей стране, как и
12:42
солдат. После войны Габеру дали
12:44
Нобелевскую премию 1918 года за
12:47
синтесамя Мяка. Это вызвало
12:49
международный скандал, но научная
12:51
ценность его открытия была бесспорна.
12:53
Процесс Габера Боша позволил увеличить
12:55
урожайность в разы. Считается, что
12:57
половина азота в телах всех ныне живущих
12:59
людей получена через этот процесс. Бош
13:02
позже тоже получил Нобелевку в 1931
13:05
году, но он страдал от депрессии,
13:07
конфликтовал с нацистами, пил. Он
13:09
понимал, что изобретение, созданное ради
13:11
хлеба, стало инструментом войны. Сегодня
13:14
процесс Габера Боша основа производства
13:16
амиака, удобрений, полимеров, взрывчатых
13:19
веществ. Без него человечество было бы
13:21
не прокормить, но он же открыл дверь
13:23
химии в эпоху тотальных войн. Габер умер
13:26
в изгнании, еврей вычеркнутый из
13:28
немецкой науки. Бош умер разбитым на
13:31
грани безумия. Их вклад бесспорен, и их
13:34
судьба трагична. Слова одного из
13:36
историков: «Они хотели накормить мир, но
13:38
накормили его и смертью тоже». Каталис
13:41
давал возможность превратить воздух в
13:42
жизнь. Но как мы используем это? Вопрос
13:44
не химии, а совести.
13:48
Ирен Джолио Кюри и Жан Фержне,
13:50
катализаторы чистоты. В середине XX века
13:52
человечество уже умело превращать воздух
13:54
в удобрение. Нефть в топливо, каменный
13:56
уголь в лекарство. Но с этой силой
13:58
пришла и другая реальность- грязь.
14:00
Реакторы преливались выбросами, заводы
14:03
дымились сырнистым газом, оксидами
14:05
азота, углеводородами. Города
14:07
задыхались, а катализ до сих пор служил
14:09
лишь производству. О катализа для
14:12
очистки никто не думал. Ирен Джолио
14:14
Кюри, годы жизни 1897-1956,
14:19
дочь Пьера и Марии Кюрей, лауреат
14:21
Нобелевской премии за открытия
14:22
искусственной радиоактивности. Но в
14:24
нашей истории она важна другим. Она одна
14:27
из первых, кто заговорил о необходимости
14:29
обратного применения химии для защиты
14:30
окружающей среды. После Второй мировой
14:33
войны, когда Франция восстанавливала
14:34
промышленность, Ирен участвовала в
14:36
обсуждении концепции так называемой
14:38
чистой промышленности. Она поддерживала
14:40
проекты по разработке катализаторов,
14:41
способных разлагать опасные выбросы,
14:43
особенно оксиды азота и углерода. Хотя
14:46
Ирен не занималась прикладной
14:47
каталитикой напрямую, она была одним из
14:49
немногих учёных своего времени, кто
14:51
ставил экологические вопросы на уровне
14:53
фундаментальной науки. Это стало толчком
14:55
для нового поколения инженеров. Жан
14:57
Фрежне, годы жизни 1906-1983.
15:01
Французский химик, который продолжил это
15:03
направление на практике. Он стал одним
15:05
из разработчиков катализаторов для
15:07
нейтрализации автомобильных выбросов
15:09
предтечи современных автокатализаторов.
15:11
Фрежне исследовал влияние различных
15:13
окислительных катализаторов на основе
15:15
меди, хрома, платины на разложение CO, и
15:18
CH. Его установки применялись сначала на
15:21
военной технике, затем в промышленности,
15:24
а также он участвовал в разработке
15:26
первых стационарных газочистных систем с
15:27
катализаторами, используемых на
15:29
электростанциях и в химической
15:31
промышленности. Цитата Фрыжная.
15:33
Человечество должно научиться убирать за
15:35
собой, иначе оно утонет в собственных
15:38
реакциях. Работы этих учёных дали толчок
15:40
к массовому внедрению каталитических
15:42
нейтрализаторов
15:44
1970-8мидесятых
15:45
годов автоиндустрии, особенно в США и
15:48
Европе. Каталис как фильтр. Так каталис
15:51
впервые стал не только ускорителем
15:52
производства, но и фильтром. Это был
15:55
сдвиг парадигмы от роста к
15:57
уравновешиванию, от агрессии к
15:59
ответственности.
16:02
Герхард Эртель. Человек, увидевший атомы
16:05
на поверхности. К началу второй половины
16:06
XX векали стал привычным. Он был везде:
16:09
на заводах, в автомобилях, в нефтехимии.
16:11
Но оставался один главный вопрос: почему
16:14
он работает? Почему платина активирует
16:16
водород? Почему один металл катализирует
16:18
реакцию, а другой нет? Почему
16:20
катализатор умирает? На эти вопросы
16:23
никто не знал точного ответа. Каталис
16:25
оставался чёрным ящиком. Мы знали, что
16:28
если в него положить вещества и
16:30
катализатор, то на выходе получится
16:32
нужный продукт. Но что происходило на
16:34
самой поверхности, было тайной до тех
16:36
пор, пока в дело не вступил Герхард
16:38
Эрль. Кто он? Родился в 1936 году в
16:42
Штутгарте, Германия. Спокойный,
16:44
неторопливый, академичный, не медийный
16:47
герой и не революционер. Скорее
16:48
часовщик, наблюдающий за молекулами
16:50
через лупу. Эрталь занялся поверхностной
16:53
химией, наукой, которая в буквальном
16:56
смысле смотрит, как молекулы садятся на
16:58
поверхность катализатора, как они там
17:00
взаимодействуют, как разрываются и как
17:02
образуются связи. Как он это сделал? С
17:05
помощью ультравакуума,
17:07
рентгеновской фотоэлектронной
17:09
спектроскопии, электронных микроскопов и
17:12
лазеров, он смог наблюдать в реальном
17:15
времени, как молекулы водорода
17:17
взаимодействуют с платиной, как
17:19
происходит активация и распад. Это была
17:21
алхимия, но наконец-то снятая на плёнку.
17:25
Одним из его ключевых объектов была
17:27
именно та реакция, которую наблюдали
17:29
Дэви и Фародей, окисление водорода на
17:31
платине. Только теперь она стала
17:32
прозрачной. Было видно, как молекула
17:34
водорода раскалывается, как атомы и
17:36
взаимодействуют с платиной и
17:37
поверхностью, как потом соединяются с
17:40
кислородом. Он даже изучал процессы
17:42
синтеза амиака на железе, ту самую
17:44
реакцию Габера Боша. Он показал, как
17:46
именно азот и водород адсорбируется, как
17:49
проходят через энергетические барьеры,
17:51
какие стадии тормозят реакцию и как
17:54
катализатор влияет на них. За эту работу
17:56
Герхар Эрт получил Нобелевскую премию по
17:59
химию в 2007 году, через 40 лет после
18:03
начала исследований. В своей речи он
18:05
сказал: «Теперь мы знаем, что происходит
18:07
на поверхности. Мы видим, как атомы
18:09
танцуют». Это не была просто поэтика,
18:11
это было технически точно. Он
18:13
действительно увидел танец атомов. Его
18:15
работы легли в основу современного
18:17
дизайна и катализаторов. Теперь их
18:19
разрабатывают не методом тыка, а на
18:21
основе точечных моделей симуляции
18:23
квантовых расчётов. Эртель изменил науку
18:26
так же, как Галилей изменил астрономию.
18:28
Он дал инструмент наблюдения. Он сделал
18:30
катализ понятным. Не на уровне берём
18:33
железо и молимся, а на уровне смотри,
18:35
вот здесь электрон перескакивает, а вот
18:37
здесь связь рвётся. Сегодня, когда
18:40
создаются катализаторы для водородной
18:42
энергетики, конверсии, топливных
18:45
элементов, все они идут по следам Эртля.
18:47
Он дал химику глаза.
18:51
Дженнифер Дудно. Катализаторы природы и
18:54
перезапуск химии. Когда химики научились
18:56
управлять молекулами, они подумали, что
18:58
достигли вершины. Но потом в игру
19:00
вступили биологи. И стало ясно, природа
19:03
делает то же самое, только в 100 раз
19:06
точнее. Кто такая Дженнифер Дудна?
19:08
Родилась в 1964 году в Вашингтоне.
19:12
Детство провела на Гаваях в окружении
19:14
тропиков и Тихого океана. Её мать
19:16
преподавала историю, отец английскую
19:18
литературу, но сама Дженнифер пошла в
19:20
науку в нечто, что казалось на стыке
19:22
невозможного: переписать код жизни с
19:25
помощью ферментов. Она не была
19:26
химиком-классиком. Она работала с РНК,
19:29
ферментами, молекулами, которые в
19:31
лаборатории обычного химика распадаются
19:33
ещё до того, как на них взглянешь. Но
19:35
эти молекулы- биологические
19:37
катализаторы.
19:38
известные как рибозимы. Рибозимы — это
19:41
куски РНК, способные катализировать
19:44
химические реакции без участия белков.
19:47
Только РНК, природные машины
19:49
молекулярного масштаба, фантастика,
19:52
подтверждённая опытом, криспр и
19:55
молекулярные ножницы. Главное открытие
19:57
пришло позже. В сотрудничестве с
19:59
французским микробиологом Эммануэль
20:01
Шарпантье Дудно в 2012 году опубликовала
20:04
работу по системе Криis САЗ9
20:06
инструменту, с помощью которого бактерии
20:09
вырезают чужой генетический материал,
20:11
как редактор текста вырезает лишние
20:13
строки. Что здесь важно? Это катализатор
20:16
редактирования ДНК. Фермент САЗ9,
20:19
направляемый короткой РНК, находит
20:21
нужный участок в геноме, делает разрез и
20:24
запускает реакцию починки с нужным
20:26
содержимым. Механизм биологический, но
20:28
подход инженерный- это каталист
20:30
будущего. Не окисление водорода, а
20:32
окисление наследственности. Цитата
20:35
дуудны. Мы не просто наблюдаем за
20:36
природой, мы учимся у неё редактировать
20:39
саму жизнь. Почему это каталис? Потому
20:41
что криспр — это ферментный каталис,
20:43
встроенный в геном. Это реакция, которая
20:46
без него не происходит, но с ним
20:47
проходит быстро, точно и управляемо. Это
20:50
точечное вмешательство. Без разрушения
20:52
всей системы катались в самом глубоком,
20:55
современном смысле. Сейчас Криспер
20:57
использует не только в генетике, но и в
20:58
производстве новых белков,
21:00
редактировании клеток, иммунной системы,
21:02
борьбе с раком, попытках создать
21:04
устойчивым к болезням растения и даже в
21:07
синтетических микрофабриках, создающих
21:09
вещества, ранее доступные только
21:11
природе. Каталис как биоинженерия. Если
21:14
Берцелиус смотрел на реакцию как на
21:16
мистику, собате как на метод, габер как
21:20
на промышленность, то дудна как на кот.
21:22
Она показала, каталис может быть не
21:25
только на поверхности металлов, но и
21:27
внутри ДНК, в сердце самой жизни.
21:30
Криспер не просто инструмент — это
21:32
сдвиг. Катализатор новой этики, новой
21:34
медицины, новых рисков. Его обсуждают не
21:37
только в лабораториях, но и в
21:39
парламентских залах, церквях и этических
21:41
комитетах. Каталиц стал информационным
21:44
оружием. Молекулы теперь не просто
21:46
реагируют, они читаются, редактируются,
21:48
собираются заново и делают это с помощью
21:50
ферментных катализаторов, созданных не
21:52
человеком, а природой, но теперь
21:55
управляем их человеком. Мы начали эту
21:57
историю с Платиновой искры и закончили
22:00
генетическими ножницами. Но если
22:01
отбросить формулы и температуры, то что
22:04
останется? Катализ — это не просто
22:06
химическая реакция, это способ думать.
22:09
Это взгляд на мир, в котором меньше
22:11
делает большее, а результат опережает
22:14
усилия. Все герои нашей истории
22:16
Берцелиус, Деви, Собатье, Габер, Эртель,
22:19
Дудна искали точку приложения, где
22:22
минимальное воздействие запускает
22:24
гигантский процесс. Кто-то искал
22:25
удобрения, кто-то механизмы войны,
22:28
кто-то способ видеть атомы, а кто-то
22:31
переписывает жизнь. Но все они вели одну
22:33
и ту же битву за понимание того, как
22:36
ускорить неизбежное, не разрушив при
22:38
этом систему. Каталис — это то, что
22:40
позволяет сдвинуть реакцию, не будучи
22:42
частью исходного сырья. Это как совет,
22:45
который изменил твою карьеру, как идея,
22:47
родившая целую индустрию, как разговор,
22:50
после которого ты уже не можешь мыслить
22:52
по-прежнему. Сегодня катализ не только в
22:54
химии, он в энергетике, когда мы ищем
22:56
пути расщепления воды на водород. В
22:58
экологии, когда мы разлагаем выбросы без
23:00
образования новых ядов. В IT, где
23:02
маленькие алгоритмы сжимают годы работы
23:04
в минуты. В обществе, где одна фраза,
23:06
сказанная вовремя, может привести к
23:08
революции. Катализатор — это не тот, кто
23:11
делает работу за тебя. Это тот, кто
23:13
делает работу возможной. Теперь, когда
23:15
мы умеем проектировать катализаторы атом
23:17
за атомом, мы стоим перед новой задачей
23:20
научиться применять катализ ко всему: к
23:22
экономике, к мышлению, к этике. Потому
23:24
что ускорение без направления — это не
23:26
прогресс, а просто хаос с турбонадовом.
23:29
Каталиц изменил химическую
23:30
промышленность, дал еду миллиардам,
23:32
вдохнул жизнь в экологию и дал нам
23:34
инструмент для переписывания самой
23:35
жизни. Но как и в любой реакции,
23:37
финальный продукт зависит не только от
23:39
катализатора, но от намерения тех, кто
23:41
его использует.
23:46
Не забудь подписаться на наш
23:48
Telegram-канал. Там много интересного.