機械化學可能幫助我們實現「不可能」的反應

傳統化學是所以去年。歡迎來到機械化學的世界，在這裡，人們認為不可能發生的反應——事實上，是當以更傳統的方式嘗試時，不可能的事情變成可能，並且全新的探索途徑正在開闢。

即使您上次進入化學實驗室是在高中時，您可能會記得花了很多時間將各種液體混合在一起 - 也許是在可靠的本生燈上 - 不耐煩地等待發生，例如顏色變化或出現粉狀沉澱物。

許多傳統上需要溶劑，而選擇適合您用途的正確溶劑是該過程的重要組成部分 - 但有一些方法可以讓兩種物質相互作用，而無需先溶解它們。一種是在混合物中引入機械力，稱為機械化學。

“奇異化學”

「儘管 WH Ostwald 在 19 世紀末提出了機械化學，但機械化學常常被視為外來化學，」一本書的作者寫道。2022年回顧關於這個問題。 “這種情況正在開始改變。”

通常，化學反應所需的能量來自光、熱和/或電的添加。「幾乎所有類型的能量都可以用於引發化學反應或加熱反應混合物，」一位解釋道2011年論文。然而，而不是其中任何一個，力化學依靠機械力－例如，用研缽和杵將兩種固體物質物理研磨在一起。

這種方法的優點包括它適用於實際上不可溶的固體，或者在使用溶劑會幹擾反應的情況下（或可能會影響反應）。給人類實驗者）。

除了研缽和研杵（一種古老但仍然是好東西）之外，還有一些稍微現代的工具可供當今挑剔的機械化學家使用。球磨機是一種常見的選擇，大型研磨機充滿硬球，可將選定的材料粉碎成微小顆粒。這些進來各種不同類型– 使用不同的研磨材質、旋轉頻率等 – 因此您可以根據您的特定實驗進行客製化。使用機器而不是依賴人類的研磨能力意味著您可以獲得更一致的結果。

這一切聽起來都很簡單——用足夠的力量將兩種東西混合在一起，可能會發生化學反應——但現實是有很多複雜的事情發生在表面之下，其中許多尚未完全理解。

「理解機械化學轉化是一項有問題的任務，正是因為傳統溶液化學與機械力活化的化學之間存在巨大差異，」2022 年的評論寫道。

一項研究2019年試圖嘗試更多地了解當物質發生機械化學反應時顆粒實際上發生了什麼。國際團隊使用電腦建模來模擬阿斯匹靈和另一種止痛藥美洛昔康的共結晶，揭示了他們所說的「驚人的新見解」。儘管兩種藥物均以固體晶體形式混合，且未添加溶劑，但只需要極少的能量即可使它們開始混合。

「令我印象深刻的是，這些晶體的行為就像油灰一樣——它們幾乎看起來像橡皮泥，而且在這些接觸處是無定形的。當你把它們拉開時，兩個晶體之間會出現一個連接分子頸，」共同通訊作者斯圖爾特·詹姆斯教授告訴我們化學世界。

「我認為這即將成為一個新研究領域的開始，」他補充道，國際純粹與應用化學聯合會(IUPAC) 似乎也同意這一點，並將反應擠出（又名機械化學）列為預測的10項化學創新之一改變世界作為其一部分百年慶典。