Gheorghe Duca: Chimia este soarta mea în căutarea propriului drum

Prin editarea serialului „Academica”, din 2004 încoace, a devenit o tradiţie de a face o retrospectivă a realizărilor, nu atât pentru autoafirmare, cât pentru a ne manifesta respectul faţă de acei care au fost alături de noi pe parcursul anilor, care ne-au ajutat, ne-au sprijinit, ne-au îndrumat şi au contribuit la ceea ce suntem astăzi.

Viaţa mea a fost profund influenţată de două personalităţi care mi-au marcat primii paşi în devenirea profesională şi spirituală – tatăl meu Grigore Duca, profesor de chimie şi biologie, Pedagog Emerit şi bunelul Andrei, participant la Primul Război Mondial.

Sunt chimist şi acest fapt îl datorez regretatului meu tată, care mi-a insuflat dragostea de carte şi interesul faţă de acest obiect. De la el încoace, Universitatea de Stat din Moldova a fost şi rămâne Alma mater şi mediul care m-a format ca savant şi ca om. Aici am îmbrăţişat domeniul de cercetare al chimiei fizice, graţie regretatului profesor Alexei Sâciov, care a fost dascălul meu la facultate şi la Catedra de chimie fizică. Sub conducerea sa, am susţinut prima teză de doctor în ştiinţe în domeniul cineticii și catalizei reacțiilor chimice şi pentru prima oară am fost pătruns de importanţa proceselor de oxido-reducere.

De aceea, mai apoi, am manifestat interesul şi tendinţa de a pătrunde în esenţa fenomenelor din mediul ambiant prin prisma proceselor chimice şi fizico-chimice. O mare contribuție în dezvoltarea acestor cercetări a avut-o prof. Iurii Skurlatov şi şcoala de chimie fizică condusă de prof. Anatol Purmal de la Academia de Științe din Moscova. Cercetările efectuate în comun cu acești renumiți savanți în mare măsură au determinat formularea primelor concepții ale unei noi ştiinţe cum este chimia ecologică.

Prima direcție, şi anume cercetările teoretice, efectuate la Catedra de chimie fizică, au contribuit la relevarea mecanismelor de transformare a substanțelor chimice și elucidarea concepției despre actele elementare ale reacțiilor de oxido-reducere, reacții ce determină majoritatea transformărilor în procesele din tehnologiile chimice și din mediul ambiant.

Astfel, în baza rezultatelor obţinute asupra diferitelor sisteme a fost elaborată schema generală de interacţiune a peroxidului de hidrogen cu ionii de metal în formă redusă, care demonstrează că la interacţiunea ionilor de M+ cu H2O2 se formează atât compuşi intermediari activi, cât şi radicali liberi. Pentru a explica proprietăţile particulelor intermediare, am elaborat conceptul compuşilor coordinativi cu transfer parţial de sarcină, care constă în faptul că intrarea partenerilor redox în sfera coordinativă a ionului de metal poate avea loc pe două căi:

– prin mecanismul substituţiei liganzilor cu proprietăţi electrono-donatoare;

– prin apariția pe complexul inițial a unui loc potenţial vacant în rezultatul excitării conformaţionale.

În cadrul conceptului elaborat apare posibilitatea selecţiei orientate şi eficiente a sistemelor catalitice pentru realizarea anumitor transformări oxido-reducătoare, care poate fi considerat cel de-al doilea aspect al cercetărilor noastre – cercetarea aplicativă.

De exemplu, apa naturală, din punct de vedere chimic, poate fi reprezentată ca un sistem catalitic de oxido-reducere de tip deschis, iar pe de altă parte, în mediul acvatic din exterior pătrund echivalenţi oxidativi sub formă de peroxid de hidrogen şi echivalenţi reducători, sub formă de compuşi enolici şi tiolici. În stare normală, viteza pătrunderii echivalenţilor oxidativi este mai mare decât viteza acumulării echivalenţilor reducători.

Analizând acești indicatori în numeroase lacuri, râuri, fântâni și izvoare, am constatat că, calitatea apelor naturale depinde de starea redox a acestora. Cercetările noastre au demonstrat că din cauza diminuării echivalenţilor oxidativi se micşorează capacitatea de auotopurificare a mediului.

Trebuie de menţionat, însă, că în prezenţa peroxidului de hidrogen au loc efectiv și procese de iniţiere biogenă a radicalilor, care induc reacţiile în lanţ sau contribuie la transformarea substanţelor poluante P. Viteza de transformare a poluanţilor este descrisă de o ecuație matematică de ordinul unu – cu cât este mai mare viteza de descompunere a peroxidului și cu cât este mai mică constanta de dezactivare a radicalilor OH, cu atât este mai mare aportul lor în procesele de autopurificare a apelor naturale.

Este o deducere fenomenală, care ne-a permis să constatăm că în cazurile când, sub acţiunea influenţei antropogene, acumularea echivalenţilor oxidativi scade, în apă se depistează substanţe reducătoare. Mediul devine biologic nefavorabil şi în el se manifestă efecte toxice.

Mecanismele proceselor de oxido-reducere, constatate pentru mediul acvatic, s-au dovedit a fi destul de efeciente în elucidarea şi explicarea proceselor ce au loc în hidrosferă, atmosferă şi sol.

Precipitaţiile cu conţinut de substanţe reducătoare sub formă de H2SO3 duc la dereglarea echilibrului proceselor de oxido-reducere în sol, fenomene ce se reflectă în primul rând asupra circuitului azotului. În schimbul proceselor oxidative de nitrificare, care sunt tradiţionale pentru sol, se intensifică procesele reducătoare de denitrificare, ceea ce conduce la pierderile de azot asimilabile pentru plante.

Starea redox din soluţia solului joacă un rol important şi în procesul de germinare a seminţelor. Am constatat că mediile oxidante stimulează germinarea semințelor, iar sistemele biologice şi speciile de plante se caracterizează prin valori specifice ale rH-ului. În baza lor, au fost elaborate câteva metode non-poluante de tratare a seminţelor şi de prelucrare a apei care se foloseşte pentru irigare.

Cercetând procesele de oxido-reducere ale acidului tartric, unul dintre componenții de bază ai vinului, am demonstrat formarea produselor cu proprietăți puternice de reducător – acidul dihidroxifumaric și reductonul. Acești acizi interacționează cu ionii de Cu2+ și Fe3+ și inițiază apariția particulelor intermediare, inhibând oxidarea alcoolilor, polifenolilor, esterilor. Tot acești reducători reglează profunzimea proceselor de oxidare. Astfel, procesele cu participarea acidului tartric și a metaboliților săi determină calitatea produselor oenologice.

În baza cercetărilor, au fost optimizate procesele tehnologice, propunându-se metode de stabilizare și îmbunătățire a proprietăților organoleptice ale vinurilor. O parte dintre metodele elaborate au fost implementate în industria alimentară.

Rezultatele obţinute au fost generalizate în teza de doctor habilitat, susţinută la 2 specialități – cinetica și cataliza și protecția mediului ambiant şi în manualul Chimia Ecologică, editat în trei limbi – română, engleză şi rusă.

Activând la Universitatea La Sapienza din Roma, Italia (1989-1991), sub conducerea profesorului Aurelio Mizitti, am avut posibilitatea de a aprofunda cercetările, utilizind metodologia expusa anterior, în eficientizarea proceselor din tehnologie și din mediul ambiant. Drept rezultat am elaborat împreună cu savanții italieni un reactor biochimic fluidizat de purificare a apelor poluate de nitraţi cu microorganisme imobilizate pe suport.

O contribuţie importantă în dezvoltarea cercetărilor din acest domeniu a avut participarea mea în proiectul ştiinţifico-practic din domeniul ecologiei, lansat de guvernul SUA în 1994, care a lărgit aria investigațiilor prin întroducerea unui nou aspect – estimarea riscului chimic pentru sănătate. În cadrul acestui proiect, pentru prima oară în Republica Moldova, am elaborat şi am introdus în planul de studii cursul interdisciplinar Estimarea riscului chimic, care mai apoi, datorită stagiului de perfecţionare la Universitatea Central Europeană din Budapesta, Ungaria, a fost completat şi cu Managementul riscului chimic.

Rezultatele obţinute ne-au permis să determinăm gradul de risc al acestora pentru sănătate şi să propunem modificări în tehnologiile existente de obţinere a produselor din carne și pește. Împreună cu Institutul de Oncologie, a fost estimat impactul acestora asupra tumorilor stomacale, calculat prin extrapolare, în dependență de nivelul utilizării fertilizanţilor de azot în unele raioane din Republica Moldova.
În consecinţă, împreună cu academicianul B. Melnic, care mi-a fost şi un mare prieten şi un îndrumător, şi academicianul Gh.Ţâbârnă, am elaborat monografia Chimia, stresul şi tumoarea. Rezultatele cercetărilor s-au reflectat şi asupra procesului de instruire a studentilor. Pentru prima dată în Moldova, a fost deschisă Catedra de chimie industrială şi ecologică, Centrul de chimie aplicată și ecologică.

Alegerea mea în calitate de Președinte al Comisiei parlamentare pentru învățământ, ştiinţă, cultură și mass-media, numirea în funcţia de Ministru al Ecologei, Construcției și Dezvoltării Teritoriului, alegerea în funcţia de Președinte al Academiei de Științe a Moldovei au avut o consecutivitate logică. Aici a fost solul favorabil pentru a crea infrastructura științifică, pentru a promova reformele în știință, implementarea rezultatelor obținute în Chimie. Pentru a asigura dezvoltarea durabilă a economiei şi menţinerea unui mediu mai sănătos de viaţă, antrenarea mai activă a populaţiei în rezolvarea problemelor economice, sociale, ecologice și culturale, am purces la pragmatizarea legislaţiei, promovând un şir de acte normative.

Consider o datorie sfântă să aduc mulţumiri cercetătorilor cu care am colaborat şi colaborez pe parcursul anilor şi să-mi exprim marile speranțe puse în seama doctoranzilor, care sper că vor traduce în viată obiectivele preconizate.

Gheorghe DUCA,
academician