Çmimi Nobel në Kimi i këtij viti iu dha tre shkencëtarëve japonezit Susumu Kitagawa, britanikut Richard Robson dhe jordanezit Omar Yaghi për zhvillimin e një klase revolucionare substancash të njohura si korniza metalo-organike (MOF - Korniza Metalo-Organike).

Shpikja e tyre, e njoftuar të mërkurën në Stokholm, ka hapur rrugë krejtësisht të reja në kimi dhe ka ofruar mundësinë e krijimit të materialeve që mund të zgjidhin disa nga sfidat më të mëdha të botës moderne, nga ndryshimi i klimës deri te mungesa e ujit.

"Skemat metalo-organike kanë një potencial të jashtëzakonshëm, duke i sjellë kimisë mundësi të papara për të krijuar materiale me funksione krejtësisht të reja", tha profesori Heiner Linke, Kryetar i Komitetit Nobel për Kimi.

Komiteti i Nobelit i vlerësoi laureatët për zhvillimin e strukturave molekulare me zgavra të mëdha përmes të cilave mund të kalojnë gazrat dhe kimikatet e tjera. U shpjegua se këto struktura mund të përdoren për të nxjerrë ujë nga ajri i shkretëtirës, për të kapur dioksidin e karbonit, për të ruajtur gazra toksikë ose për të përshpejtuar reaksionet kimike.

Çmimi, i cili përfshin një shumë parash prej 11 milionë kronash suedeze (rreth një milion dollarë), iu dha tre studiuesve, kërkimet eksperimentale dhe teorike afatgjata të të cilëve kanë ndryshuar mënyrën se si shkenca e kupton strukturën dhe potencialin e materialeve.

Nga modelet prej druri te materialet e së ardhmes

Historia e Çmimit Nobel për Kimi në vitin 2025 fillon pothuajse rastësisht, në vitin 1974 në Australi, kur Richard Robson, atëherë një profesor i ri në Universitetin e Melburnit, po përgatiste materiale mësimore për studentët e kimisë. Ndërsa bënte modele prej druri të molekulave, ai kuptoi se rregullimi i "vrimave" vendet ku bashkohen atomet, në të vërtetë përmban të gjithë informacionin rreth formës së një molekule. Ky mendim i thjeshtë e frymëzoi atë të mendonte: po sikur, në vend të atomeve, të lidhte molekula të tëra dhe kështu të krijonte lloje të reja materialesh?

Vite më vonë, Robson ia doli ta kryente këtë eksperiment duke kombinuar jonet e bakrit dhe molekulat organike komplekse. Rezultati ishte materiali i parë me një strukturë kristalore të rregullt plot me zgavra si diamanti, por me hapësira boshe që lejonin kalimin e substancave të tjera. Artikulli i tij i vitit 1989 në Journal of the American Chemical Society hodhi themelet për atë që më vonë do të bëhej teknologjia MOF.

Një shkencëtar japonez që besonte në "dobinë e të padobishmes"

Një tjetër lidhje kyçe në këtë histori është Susumu Kitagawa, një profesor kimie në Japoni, i cili gjithmonë ndoqi parimin se edhe ajo që duket e padobishme mund të bëhet jashtëzakonisht e rëndësishme. Në vitet 1990, Kitagawa filloi të hulumtonte strukturat molekulare poroze dhe në vitin 1997 krijoi strukturën e parë të qëndrueshme metalo-organike me kanale të hapura që mund të thithnin dhe lëshonin gazra të tillë si metani, azoti dhe oksigjeni pa u shembur struktura.

Pavarësisht skepticizmit fillestar të komunitetit shkencor - për shkak se ekzistonin tashmë materiale të ngjashme, të ashtuquajturat zeolite - Kitagawa këmbënguli. Ai pa se MOF-të janë më fleksibël dhe të gjithanshëm, pasi ato mund të ndërtohen nga shumë kombinime metalesh dhe molekulash organike. Në vitin 1998, ai shpjegoi vizionin e tij në një artikull që u bë baza për zhvillimin e mëtejshëm të MOF-ve: materiale që "marrin frymë", ndryshojnë formë dhe mund të përshtaten në mjedise të ndryshme kimike.

Nga një dhomë e varfër jordaneze te çmimi më prestigjioz në botë

Laureati i tretë, Omar Yaghi, pati një rrugë krejtësisht të ndryshme. Ai u rrit në një familje të varfër në Aman, pa energji elektrike apo ujë të rrjedhshëm, por një libër për molekulat që e gjeti rastësisht në bibliotekën e shkollës e magjepsi përgjithmonë. Në moshën 15 vjeç, ai shkoi në Shtetet e Bashkuara, ku më vonë filloi një karrierë që do të ndryshonte kiminë.

Në Universitetin Shtetëror të Arizonës, në fillim të viteve 1990, Yaghi po përpiqej të zhvillonte një mënyrë të re dhe të kontrolluar për lidhjen e molekulave "si tulla Lego". Ai ia doli mbanë në vitin 1995 kur krijoi rrjetet e para dy-dimensionale të metaleve dhe përbërjeve organike. Dy vjet më vonë, në revistën Nature, ai botoi termin "kornizë metal-organike", të cilën e përdori për të treguar një klasë të re materialesh me zgavra të rregullta të afta për të thithur molekula të tjera.

Materiali i tij më i famshëm, MOF-5, i prezantuar në vitin 1999, ishte një mrekulli e arkitekturës kimike: i qëndrueshëm, i frymëmarrshëm dhe jashtëzakonisht "i gjerë". Vetëm disa gramë të materialit kanë një sipërfaqe të brendshme sa madhësia e një fushe futbolli, që do të thotë se mund të thithë sasi të pabesueshme gazrash, duke përfshirë dioksidin e karbonit dhe hidrogjenin.

Materialet që kapin ujin nga ajri dhe dioksidin e karbonit nga fabrikat

Omar Yaghi dhe ekipi i tij vazhduan kërkimin e tyre dhe në vitet 2002–2003 krijuan një familje të tërë materialesh MOF me veti të ndryshme. Disa mund të ruanin metan, ndërsa të tjerë thithnin avujt e ujit nga ajri i shkretëtirës.

Ekipi i tij kreu një eksperiment spektakolar në shkretëtirën e Arizonës: gjatë natës, materiali MOF "kapi" avujt e ujit nga ajri, dhe në mëngjes, kur materiali u ngroh në diell, u lëshua ujë i pastër - një burim i vërtetë uji i pijshëm në zonat e thata.

Sot, falë hulumtimit të tre laureatëve, janë zhvilluar MOF-e që mund të:

⦁ ndani CO₂ nga ajri dhe gazrat e oxhakut,

⦁ filtrojnë substancat toksike dhe ndotësit industrialë,

⦁ ngadalësojnë pjekjen e frutave duke kapur gazin etilen,

⦁ ruajnë energjinë në formën e hidrogjenit,

⦁ thithin komponimet e dëmshme PFAS nga uji,

⦁ katalizojnë reaksione kimike, dhe madje

⦁ veprojnë si bartës të drogës në trupin e njeriut.

Materiali i shekullit të 21-të

Shkencëtarët besojnë se strukturat metalo-organike mund të bëhen "materiali i shekullit të 21-të", ashtu si plastika dhe silikoni shënuan epokën e mëparshme. Kompanitë në të gjithë botën tashmë po investojnë në prodhimin masiv të materialeve MOF, sepse ato ofrojnë mundësinë për të zgjidhur njëkohësisht problemet e ndryshimeve klimatike, energjisë dhe ndotjes.

Duke shpjeguar vendimin, komiteti i Nobelit theksoi se Kitagawa, Robson dhe Yaghi "hapën horizonte të reja për kiminë". Puna e tyre u mundësoi shkencëtarëve në të gjithë botën të projektonin dhjetëra mijëra MOF të ndryshme, të cilat, siç thuhet në testamentin e Alfred Nobelit, "i sollën dobinë më të madhe njerëzimit".

/Motilokal.com