यांत्रिकरसायन

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यांत्रिकरसायन (या यांत्रिक रसायन) यांत्रिक घटनाओं द्वारा रासायनिक प्रतिक्रियाओं का प्रारंभ है। इस प्रकार यांत्रिकरसायन रासायनिक प्रतिक्रियाओं को उत्पन्न करने की चौथी विधियों का प्रतिनिधित्व करती है, जो तरल पदार्थ, प्रकाश रसायन और विद्युतरसायन में थर्मल प्रतिक्रियाओं का पूरक है। परंपरागत रूप से यांत्रिकरसायन यांत्रिक बल द्वारा सहसंयोजक बंधनों के परिवर्तनों पर केंद्रित है। इस विषय में विभिन्न घटनाएं सम्मिलित नहीं हैं: चरण संक्रमण, जैविक अणुओं की गतिशीलता (डॉकिंग, फोल्डिंग), और ध्वनि रसायन।[1]

यांत्रिकरसायन यंत्रसंश्लेषण के समान नहीं है, जो विशेष रूप से जटिल आणविक उत्पादों के मशीन-नियंत्रित निर्माण को संदर्भित करता है।[2][3]

प्राकृतिक वातावरण में, यांत्रिक रासायनिक प्रतिक्रियाएं अधिकांशतः ग्लेशियर आंदोलन[4] या नदियों या लहरों की हाइड्रोलिक क्रिया भूकंप जैसी भौतिक प्रक्रियाओं से प्रेरित होती हैं।[5] इस प्रकार सबग्लेशियल झीलों जैसे चरम वातावरण में, कुचली हुई सिलिकेट चट्टानों और पानी से जुड़ी यांत्रिक रासायनिक प्रतिक्रियाओं से उत्पन्न हाइड्रोजन मीथेनोजेनिक माइक्रोबियल समुदायों का समर्थन कर सकता है। और यांत्रिकरसायन ने प्राचीन पृथ्वी में उच्च तापमान पर खंडित खनिज सतहों पर पानी को विभाजित करके ऑक्सीजन उत्पन्न किया होगा, जो संभावित रूप से जीवन की उत्पत्ति या प्रारंभिक विकास को प्रभावित करता है।[6]

इतिहास

प्रारंभिक यांत्रिक रासायनिक परियोजना लकड़ी के टुकड़ों को एक-दूसरे के विरुद्ध रगड़कर आग उत्पन्न करना, घर्षण उत्पन्न करना और इसलिए गर्मी उत्पन्न करना था, जिससे ऊंचे तापमान पर दहन प्रारंभ हो जाता था। अन्य विधि में चकमक पत्थर और स्टील का उपयोग सम्मिलित है, जिसके समय अंगारा (पायरोफोरिक धातु का छोटा कण) स्वचालित रूप से हवा में जल जाता है, जिससे तुरंत आग लग जाती है।

औद्योगिक यांत्रिक रसायन विज्ञान की प्रारंभ दो ठोस अभिकारकों को पीसने से हुई थी। मर्क्यूरिक सल्फाइड (खनिज सिंगरिफ) और तांबा धातु प्रतिक्रिया करके पारा और तांबा सल्फाइड का उत्पादन करते हैं:[7]

HgS + 2Cu → Hg + Cu2S

केमिकल सोसाइटी रिव्यू का विशेष अंक यांत्रिकरसायन को समर्पित था।[8]

वैज्ञानिकों ने माना कि विभिन्न प्रक्रियाओं के कारण वातावरण में यांत्रिक रासायनिक प्रतिक्रियाएं स्वाभाविक रूप से होती हैं, और प्रतिक्रिया उत्पादों में विवर्तनिक रूप से सक्रिय क्षेत्रों में सूक्ष्मजीव समुदायों को प्रभावित करने की क्षमता होती है।[5] इस क्षेत्र ने वर्तमान में अधिक ध्यान आकर्षित किया है क्योंकि यांत्रिकरसायन में विभिन्न अणुओं को उत्पन्न करने की क्षमता है जो एक्सट्रोफिलिक रोगाणुओं का समर्थन करने में सक्षम हैं,[4] जीवन के प्रारंभिक विकास को प्रभावित करना,[6] जीवन की उत्पत्ति के लिए आवश्यक प्रणालियों का विकास करना,[6] या विदेशी जीवन रूपों का समर्थन करते है।[9] इस क्षेत्र ने अब फ्रंटियर्स इन जियोकेमिस्ट्री जर्नल में विशेष शोध विषय की प्रारंभ के लिए प्रेरित किया है।[10]

यांत्रिक प्रक्रियाएं

प्राकृतिक

भूकंप पृथ्वी की उपसतह और अन्य विवर्तनिक रूप से सक्रिय ग्रहों पर चट्टानों को कुचल देते हैं। नदियाँ अधिकांशतः चट्टानों को भी तोड़ देती हैं, जिससे नयी खनिज सतहें दिखाई देती हैं और तट पर लहरें चट्टानों को तोड़ देती हैं और तलछट को नष्ट कर देती हैं।[11]

नदियों और महासागरों की तरह, ग्लेशियरों की यांत्रिक शक्ति परिदृश्यों पर उनके प्रभाव से प्रमाणित होती है। जैसे-जैसे ग्लेशियर नीचे की ओर बढ़ते हैं, वह चट्टानों को घिसते हैं, जिससे खंडित खनिज सतहें उत्पन्न होती हैं जो यांत्रिक रासायनिक प्रतिक्रियाओं में भाग ले सकती हैं।

अप्राकृतिक

प्रयोगशालाओं में, ग्रहीय बॉल मिलों का उपयोग सामान्यतः क्रशिंग को प्रेरित करने के लिए किया जाता है[4][6] जो प्राकृतिक प्रक्रियाओं की जांच करता है।

यांत्रिक रासायनिक परिवर्तन अधिकांशतः जटिल होते हैं और थर्मल या प्रकाश रासायनिक तंत्र से भिन्न होते हैं।[12][13] बॉल मिल व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली प्रक्रिया है जिसमें रासायनिक परिवर्तनों को प्राप्त करने के लिए यांत्रिक बल का उपयोग किया जाता है।[14][15]

यह विभिन्न विलायको की आवश्यकता को समाप्त करता है, यह संभावना प्रदान करता है कि यांत्रिकरसायन विभिन्न उद्योगों को पर्यावरण के अनुकूल बनाने में सहायता कर सकती है।[16][17] उदाहरण के लिए, औषधीय रूप से आकर्षक हाइड्राज़ोन को संश्लेषित करने के लिए यांत्रिकरसायन प्रक्रिया का उपयोग किया गया है।[18]

रासायनिक प्रतिक्रियाएँ

यांत्रिक रासायनिक प्रतिक्रियाओं में यांत्रिक रूप से खंडित ठोस पदार्थों और पर्यावरण में उपस्थित किसी भी अन्य अभिकारकों के मध्य प्रतिक्रियाएं सम्मिलित होती हैं। चूँकि, प्राकृतिक यांत्रिक रासायनिक प्रतिक्रियाओं में अधिकांशतः कुचली हुई चट्टान के साथ पानी की प्रतिक्रिया सम्मिलित होती है, जिसे जल-चट्टान प्रतिक्रिया कहा जाता है।[6][4][5] यांत्रिकरसायन सामान्यतः विभिन्न भिन्न-भिन्न खनिज प्रकारों के परमाणुओं के मध्य के बंधनों के टूटने से प्रारंभ होती है।

सिलिकेट्स

सिलिकेट पृथ्वी की परत में सबसे सामान्य खनिज हैं, और इस प्रकार प्राकृतिक यांत्रिक रासायनिक प्रतिक्रियाओं में सबसे अधिक सम्मिलित खनिज प्रकार सम्मिलित हैं। सिलिकेट्स सिलिकॉन और ऑक्सीजन परमाणुओं से बने होते हैं, जो सामान्यतः सिलिकॉन टेट्राहेड्रा में व्यवस्थित होते हैं। इस प्रकार यांत्रिक प्रक्रियाएँ सिलिकॉन और ऑक्सीजन परमाणुओं के मध्य के बंधन को तोड़ देती हैं। यदि बंधन होमोलिटिक दरार से टूट जाते हैं, तो अयुग्मित इलेक्ट्रॉन उत्पन्न होते हैं:

≡Si–O–Si≡ → ​​≡Si–O• + ≡Si•

≡Si–O–O–Si≡ → ​​≡Si–O• + ≡Si–O•

≡Si–O–O–Si≡ → ​​≡Si–O–O• + ≡Si•

हाइड्रोजन उत्पादन

सिलिकॉन रेडिकल्स के साथ पानी की प्रतिक्रिया से हाइड्रोजन रेडिकल्स उत्पन्न हो सकते हैं:[4]

2≡Si• + 2H2O → 2≡Si–O–H + 2H•

2H• → H2

यह तंत्र कुछ अन्य ऊर्जा स्रोतों के साथ वातावरण में मिथेनोजेन का समर्थन करने के लिए H2 उत्पन्न कर सकता है। चूँकि, उच्च तापमान (~>80°C) पर [6], हाइड्रोजन रेडिकल सिलोक्सिल रेडिकल के साथ प्रतिक्रिया करते हैं, इस तंत्र द्वारा H2 की उत्पत्ति को रोकते हैं:[5]

≡Si–O• + H• → ≡Si–O–H

2H• → H2

आक्सीकारक पीढ़ी

जब ऑक्सीजन कुचली हुई चट्टानों की सतह पर सिलिकॉन या ऑक्सीजन रेडिकल्स के साथ प्रतिक्रिया करती है, इस प्रकार यह रासायनिक रूप से सतह पर अधिशोषित कर सकती है:

≡Si• + O2 → ≡Si–O–O•

≡Si–O• + NO2 → ≡Si–O–O–O•

ये ऑक्सीजन रेडिकल फिर हाइड्रॉक्सिल रेडिकल और हाइड्रोजन पेरोक्साइड जैसे आक्सीकारक उत्पन्न कर सकते हैं:[19]

≡Si–O–O• + H2O → ≡Si–O–O–H + •OH

2•OH → H2O2

इसके अतिरिक्त, उच्च तापमान पर ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में आक्सीकारक उत्पन्न हो सकते हैं:[6]

≡Si–O• + H2O → ≡Si–O–H + •OH

2•OH → H2O2

H2O2 वातावरण में प्राकृतिक रूप से टूटकर पानी और ऑक्सीजन गैस बनाता है:

2H2O2 → 2H2O + O2

उद्योग अनुप्रयोग

नैनो सामग्री से लेकर प्रौद्योगिकी तक के मूलभूत सिद्धांतों और अनुप्रयोगों की समीक्षा की गई है।[20] इस दृष्टिकोण का उपयोग धात्विक नैनोकणों, उत्प्रेरक, चुम्बकों, γ-ग्राफीन, धातु आयोडेट, निकल-वैनेडियम कार्बाइड और मोलिब्डेनम-वैनेडियम कार्बाइड नैनोकम्पोजिट पाउडर को संश्लेषित करने के लिए किया गया है।[21]

कच्चे तेल से हाइड्रोकार्बन गैसों को भिन्न करने के लिए बॉल मिलिंग का उपयोग किया गया है। इस प्रक्रिया में पारंपरिक क्रायोजेनिक्स की 1-10% ऊर्जा का उपयोग किया गया है। विभेदक अवशोषण मिलिंग की तीव्रता, दबाव और अवधि से प्रभावित होता है। प्रत्येक गैस प्रकार के लिए विशिष्ट तापमान पर गैसों को गर्म करके पुनर्प्राप्त किया जाता है। इस प्रक्रिया में बोरोन नाइट्राइड पाउडर का उपयोग करके एल्काइन, ओलेफ़िन और पैराफिन गैसों को सफलतापूर्वक संसाधित किया गया है।

संग्रहण

यांत्रिकरसायन में हाइड्रोजन, अमोनिया और अन्य ईंधन गैसों के ऊर्जा-कुशल ठोस-अवस्था संग्रहण की क्षमता है। परिणामस्वरूप पाउडर संपीड़न और द्रवीकरण के पारंपरिक विधियों से अधिक सुरक्षित है।[22]

यह भी देखें

अग्रिम पठन

  • Boulatov, Roman, ed. (2015). Polymer Mechanochemistry. Springer. ISBN 978-3-319-22824-2.
  • Lenhardt, J. M.; Ong, M. T.; Choe, R.; Evenhuis, C. R.; Martinez, T. J.; Craig, S. L., Trapping a Diradical Transition State by Mechanochemical Polymer Extension. Science 2010, 329 (5995), 1057-1060

संदर्भ

  1. ↑ Beyer, Martin K.; Clausen-Schaumann, Hauke (2005). "Mechanochemistry: The Mechanical Activation of Covalent Bonds". Chemical Reviews. 105 (8): 2921–2948. doi:10.1021/cr030697h. PMID 16092823.
  2. ↑ Drexler, K. Eric (1992). Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing, and Computation. New York: John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-57547-4.
  3. ↑ Batelle Memorial Institute and Foresight Nanotech Institute. "उत्पादक नैनोसिस्टम्स के लिए प्रौद्योगिकी रोडमैप" (PDF). Retrieved 23 February 2013.
  4. ↑ 4.0 4.1 4.2 4.3 4.4 Telling, J.; Boyd, E. S.; Bone, N.; Jones, E. L.; Tranter, M.; MacFarlane, J. W.; Martin, P. G.; Wadham, J. L.; Lamarche-Gagnon, G.; Skidmore, M. L.; Hamilton, T. L.; Hill, E.; Jackson, M.; Hodgson, D. A. (November 2015). "सबग्लेशियल पारिस्थितिक तंत्र के लिए हाइड्रोजन के स्रोत के रूप में रॉक कम्युनिकेशन". Nature Geoscience (in English). 8 (11): 851–855. Bibcode:2015NatGe...8..851T. doi:10.1038/ngeo2533. ISSN 1752-0908.
  5. ↑ 5.0 5.1 5.2 5.3 Kita, Itsuro; Matsuo, Sadao; Wakita, Hiroshi (1982-12-10). "H 2 generation by reaction between H 2 O and crushed rock: An experimental study on H 2 degassing from the active fault zone". Journal of Geophysical Research: Solid Earth (in English). 87 (B13): 10789–10795. Bibcode:1982JGR....8710789K. doi:10.1029/JB087iB13p10789.
  6. ↑ 6.0 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 Stone, Jordan; Edgar, John O.; Gould, Jamie A.; Telling, Jon (2022-08-08). "गर्म जीवमंडल में टेक्टोनिक रूप से संचालित ऑक्सीडेंट उत्पादन". Nature Communications (in English). 13 (1): 4529. Bibcode:2022NatCo..13.4529S. doi:10.1038/s41467-022-32129-y. ISSN 2041-1723. PMC 9360021. PMID 35941147.
  7. ↑ Marchini, Marianna; Gandolfi, Massimo; Maini, Lucia; Raggetti, Lucia; Martelli, Matteo (2022). "पारे के प्राचीन रसायन शास्त्र की खोज". Proceedings of the National Academy of Sciences. 119 (24): e2123171119. Bibcode:2022PNAS..11923171M. doi:10.1073/pnas.2123171119. PMC 9214491. PMID 35671430. S2CID 249464844.
  8. ↑ "सामने का कवर". Chemical Society Reviews. 42 (18): 7487. 2013. doi:10.1039/c3cs90071a. ISSN 0306-0012.
  9. ↑ McMahon, Sean; Parnell, John; Blamey, Nigel J.F. (September 2016). "भूकंपजन्य हाइड्रोजन गैस, पृथ्वी और मंगल पर एक संभावित माइक्रोबियल ऊर्जा स्रोत के लिए साक्ष्य". Astrobiology (in English). 16 (9): 690–702. Bibcode:2016AsBio..16..690M. doi:10.1089/ast.2015.1405. hdl:2164/9255. ISSN 1531-1074. PMID 27623198.
  10. ↑ "Mineral defects: a driving force for (bio)geochemical reactions? | Frontiers Research Topic". www.frontiersin.org. Retrieved 2022-12-09.
  11. ↑ He, Hongping; Wu, Xiao; Xian, Haiyang; Zhu, Jianxi; Yang, Yiping; Lv, Ying; Li, Yiliang; Konhauser, Kurt O. (2021-11-16). "आर्कियन हाइड्रोजन पेरोक्साइड और ऑक्सीजन का एक अजैविक स्रोत जो ऑक्सीजनयुक्त प्रकाश संश्लेषण से पहले का है". Nature Communications (in English). 12 (1): 6611. Bibcode:2021NatCo..12.6611H. doi:10.1038/s41467-021-26916-2. ISSN 2041-1723. PMC 8595356. PMID 34785682. S2CID 240601612.
  12. ↑ Hickenboth, Charles R.; Moore, Jeffrey S.; White, Scott R.; Sottos, Nancy R.; Baudry1, Jerome; Wilson, Scott R. (2007). "यांत्रिक बल के साथ प्रतिक्रिया पथों का पक्षपात". Nature. 446 (7134): 423–427. Bibcode:2007Natur.446..423H. doi:10.1038/nature05681. PMID 17377579. S2CID 4427747.(subscription required)
  13. ↑ Carlier, Leslie; Baron, Michel; Chamayou, Alain; Couarraze, Guy (May 2013). "Greener pharmacy using solvent-free synthesis: Investigation of the mechanism in the case of dibenzophenazine". Powder Technology. 240: 41–47. doi:10.1016/j.powtec.2012.07.009. ISSN 0032-5910. S2CID 97605147.
  14. ↑ Carlier, Leslie; Baron, Michel; Chamayou, Alain; Couarraze, Guy (2011-10-27). "ChemInform Abstract: Use of Co-Grinding as a Solvent-Free Solid State Method to Synthesize Dibenzophenazines". ChemInform. 42 (47): no. doi:10.1002/chin.201147164. ISSN 0931-7597.
  15. ↑ Salmatonidis, A.; Hesselbach, J.; Lilienkamp, G.; Graumann, T.; Daum, W.; Kwade, A.; Garnweitner, G. (2018-05-29). "उन्नत यांत्रिक गुणों के लिए एनाटेज नैनोपार्टिकल थिन फिल्म्स की रासायनिक क्रॉस-लिंकिंग". Langmuir (in English). 34 (21): 6109–6116. doi:10.1021/acs.langmuir.8b00479. ISSN 0743-7463. PMID 29722536.
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  17. ↑ Lim, Xiaozhi (July 18, 2016). "हरित होने के प्रयास में रसायनों को एक साथ पीसना". The New York Times. ISSN 0362-4331. Retrieved August 6, 2016.
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  19. ↑ Bak, Ebbe N.; Zafirov, Kaloyan; Merrison, Jonathan P.; Jensen, Svend J. Knak; Nørnberg, Per; Gunnlaugsson, Haraldur P.; Finster, Kai (2017-09-01). "घिसे हुए सिलिकेट्स से प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों का उत्पादन। मंगल ग्रह की मिट्टी की प्रतिक्रियाशीलता के लिए निहितार्थ". Earth and Planetary Science Letters (in English). 473: 113–121. Bibcode:2017E&PSL.473..113B. doi:10.1016/j.epsl.2017.06.008. ISSN 0012-821X.
  20. ↑ Baláž, Peter; Achimovičová, Marcela; Baláž, Matej; Billik, Peter; Cherkezova-Zheleva, Zara; Criado, José Manuel; Delogu, Francesco; Dutková, Erika; Gaffet, Eric; Gotor, Francisco José; Kumar, Rakesh (2013-08-19). "Hallmarks of mechanochemistry: from nanoparticles to technology". Chemical Society Reviews (in English). 42 (18): 7571–7637. doi:10.1039/C3CS35468G. hdl:10261/96958. ISSN 1460-4744. PMID 23558752.
  21. ↑ Chaudhary, Varun; Zhong, Yaoying; Parmar, Harshida; Sharma, Vinay; Tan, Xiao; Ramanujan, Raju V. (August 2018). "Mechanochemical Synthesis of Iron and Cobalt Magnetic Metal Nanoparticles and Iron/Calcium Oxide and Cobalt/Calcium Oxide Nanocomposites". ChemistryOpen (in English). 7 (8): 590–598. doi:10.1002/open.201800091. PMC 6080568. PMID 30094125.
  22. ↑ "मैकेनोकेमिकल सफलता से सस्ते, सुरक्षित, पाउडरयुक्त हाइड्रोजन का पता चलता है". New Atlas (in English). 2022-07-19. Retrieved 2022-07-19.
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