تهیه بنزین: از نظریه های گلگون و گاز طبیعی
مایع اتیل
جست و جو برای ماده ای که به بنزین افزوده شود و از کوبش آن جلوگیری کند، موقعی آغاز شد که چارلز ف. کترینگ (ملقب به "رئیس") از صدای تق تقی که از موتور کادیلاکهای سالهای 1912 تا 1916 بلند می شد، خسته شد. نخستین موفقیتی که در این زمینه به دست آمد نتیجه ترکیب غریبی از اشتباه و تصادف بود. کترینگ و توماس میجلی، دستیار پژوهشی شرکت دلکو ( که بعدها در جنرال موتورز ادغام شد)، گمان می کردند این صدا انفجاری باشد که به دلیل احتراق ناقص بنزین به تاخیر افتاده است. آنان با توجه به اینکه توت فرنگی درختی با برگهای سرخرنگش در فصل بهار حتی در هنگامی که هنوز هم برف بر زمین نشسته شکوفه می کند، و مقایسه آن با این احتراق دیر هنگام، امیدوار بودند که اگر بنزین را قرمز پررنگ کنند، انرژی گسیل شده را سریعتر جذب می کند و با تبخیر شدن زود هنگام خود مانع از کوبش می شود. بنابر این در یکی از روزهای دسامبر سال 1916 میجلی به آزمایشگاه شیمی رفت تا مقداری رنگ قرمز تهیه کند. رنگی پیدا نکرد، اما یک بطری ید یافت که به دلیل رنگ سرخی که به بنزین می داد مورد آزمایش قرار گرفت.
پژوهشگران در کمال شادمانی دیدند که ید مشکل کوبش را حل کرد. اما آزمونهای بعدی نشان داد که رنگ سوخت هیچ ربطی به بر طرف شدن کوبش ندارد. با وجود این، اکنون پژوهشگران می دانستند که مواد افزودنی به نحوی مانع از کوبش می شوند. قیمت ید آن قدر گران و خورندگی آن آن قدر زیاد بود که نمی شد آن را حل مسئله دانست، بنابر این جست و جو ادامه یافت. پس از چندین آزمون و خطا، در سال 1921 تترااتیل سرب در نتیجه استدلالی کشف شد که کمی علمی تر از تشبیه بنزین به توت فرنگی درختی بود. این استدلال تا حدی مبتنی بر داده های تجربی بود که به روش "ادیسونی " به دست آمده بودند ( یعنی از راه آزمون و خطا هر شیشه ای که بر قفسه قرار داشت برداشته شد و محتویاتش مورد آزمایش قرار گرفت)، اما تا حدی هم بر پایه علمی نظریه مندلیف در باره ویژگیهای تناوبی عناصر بنا نهاده شده بود.
جست و جو در پی ماده ای برای افزودن به بنزین که از کوبش آن جلوگیری کند با چند اکتشاف شبه بخت یارانه شروع شد که به کشف برنامه ریزی شده تترا اتیل سرب انجامید. وقتی تترا اتیل سرب در بنزین حل شود، مایع اتیل به دست می آید. معلوم شد که مایع اتیل عامل ضد کوبش بسیار خوبی است، و بیش از 60 سال است که اصلیترین ماده افزودنی به بنزین بوده. اما اکنون به دلیل تهدیدی که سرب برای محیط زیست به شمار می آید، باعث بروز نگرانیهایی شده است.
ازمتان تا بنزین
در سال 1986 کارخانه ای در جزیره شمالی زلاندنو تولید بنزین از گاز طبیعی را آغاز کرد. اکنون زلاندنو به برکت فعالیت موفق آن کارخانه توانسته است در زمینه سوختهای مایع تقریباً به خود کفایی 50 درصد برسد.
تبدیل متان (CH4)، از اجزای عمده گاز طبیعی، به متانول (CH3OH) که به الکل متیلیک یا الکل چوب هم معروف است) نخستین گام در شیمی تولید بنزین از گاز طبیعی است. مرحله دوم، تبدیل متانول به بنزین است، که ترکیبی از هیدروکربنها با اندازه های مولکولی در دامنه C6 تاC12 و انفجارپذیری مناسب برای موتورهای اتومبیلهاست. به نظر می رسد این مرحله از مرحله نخست، که فقط افزودن یک اتم اکسیژن به مولکول متان است، پیچیده تر باشد. اما شگفت آنکه این طور نیست. در واقع شاید بتوان گفت موفقیت دراز مدت کل فرایند به پیشرفت این مرحله اول بستگی دارد تا از هزینه آن بکاهد، و چه بسا با یافتن کاتالیزوری صنعتی که نوعی تبدیل آنزیمی را که در باکتریها می شود تقلید کند، چنین پیشرفتی به ارمغان آید.
موفقیت مرحله دوم نتیجه مستقیم کشف بخت یارانه شیمیدانان پژوهشگر شرکت نفت موبیل است. تصویر روی جلد شماره 22 ژوئن سال 1987 اخبار شیمی و مهندسی مربوط به مقاله ای در باره کارخانه جدید تبدیل گاز به بنزین در زلاندنو بود. در نامه ای که در شماره 2 سپتامبر سال 1987 چاپ شد، ویلیام هـ. لنگ، شیمیدان پژوهشگر بازنشسته ای چگونگی این اکتشاف را تعریف کرد. وی نوشت که در 10 مارس سال 1972 او و کلارنس چنگ سعی داشتند با استفاده از نوعی کاتالیزور بلوری سیلیسیم و آلومینیم به نام 5-ZSM از ایزوبوتان و متانول، نئوپنتال تهیه کنند [فرمول ایزوبوتانC4H10 است].
تمام متانول و بخشی از ایزوبوتان تبدیل به هیدروکربنهای مایع شدند، اما اثری از نئوپنتان نبود. من که پیش از آن پژوهشهایی در زمینه تشکیل مجدد نفتا ( مخلوطی از هیدروکربنها به اندازه ای مشابه بنزین) انجام داده بودم، بی درنگ دریافتم که ترکیب فراورده های هیدروکربنی به دست آمده شبیه به بنزینی است که عدداکتان بالایی داشته باشد. آزمایش بعدی ما با متانول وهمان کاتالیزور تبدیل متان را به هیدروکربنهایی به اندازه بنزین تایید کرد... سالها تحقیق و توسعه، این کشف بدیع را در زلاندنو به فرایندی موفق تبدیل کرده است.
ذهن دکتر لنگ به سبب پژوهشهای قبلی اش در زمینه شیمی بنزین آماده بود، بنابر این توانست کمال استفاده را از این مشاهده تصادفی ببرد.
منبع : سرگذشت اكتشافات تصادفی در علم
نوشته : رویستون رابرتس - مترجم: محی الدین غفرانی
لینک:
آیا می دانید ادوارد جنر چگونه موفق به كشف واكسن آبله شد
چگونه تصادف ها تبدیل به اكتشاف می شوند
آیا می دانید باتری الكتریكی و الكترومغناطیس چگونه كشف شد؟
آیا می دانید برای اولین بار چه كسی و چگونه موفق به عكاسی شد ؟
