חוקרים מגלים מקור חדש של חומצה פורמית מעל האוקיאנוס השקט, באוקיינוס ​​ההודי

حقائق لا تعرفها عن القرآن (יוני 2019).

Anonim

תובנות מ ניסויים במעבדות Sandia National שנועדו לדחוף מערכות כימיות רחוק משיווי משקל אפשרו קבוצה בינלאומית של חוקרים לגלות מקור עיקרי חדש של חומצה פורמית מעל האוקיינוס ​​השקט והודו.

התגלית פורסמה בגיליון יולי של Nature Communications. הפרויקט היה שיתוף פעולה בין Sandia, אוניברסיטת ניו סאות 'ויילס, אוניברסיטת לידס, אוניברסיטת האוקיינוס ​​השקט ואוניברסיטת מינסוטה.

בנוסף להיותו החומצה האורגנית הקטנה ביותר וכימיקל חשוב לתקשורת בין נמלים, חומצה פורמית היא החומצה האורגנית השופעת ביותר באטמוספרה העולמית ומקור עיקרי לחומציות מי הגשמים. עם זאת, מודלים אטמוספריים גלובליים באופן משמעותי underpredict את כמות חומצה פורמית נוכח הטרופוספירה לעומת מדידות ישירות. בגלל חומצה פורמית טמון בנקודת הסיום של חמצון פחמימנים, זה לזלזל קורא לתוך השאלה הנוכחית הבנה מדעית של השפלה פחמימנים באטמוספירה. זה קריטי כדי להבין את מקור זה underprediction, כי התחזיות המדויקות של איכות האוויר ואת ההשפעות של אירוסול על האקלים להסתמך על ייצוג קול של כימי אטמוספרי. המחקר החדש מדגיש כיצד תהליכים של נונקליבריום מקרבים מודלים למציאות, אך עם טוויסט לא צפוי.

בהשראת עבודה מוקדמת יותר בראשותו של סנדייה חוקר קרייג טאאטג'יס בכימיה, כימיה פיסיקלית סנדייה ועמיתיו שיערו כי אלכוהול ויניל יכול להיות מבשר כימי לחומצה פורמית חסר.

עם זאת, היתה תקלה: אלכוהול ויניל הוא צורה metastable, או איזומר, של אצטילדהיד מולקולה משותפת. ב שיווי משקל וטמפרטורת החדר, יש רק מולקולת ויניל אחד עבור כל 3.3 מיליון מולקולות אצטאלדהיד. משהו יצטרך לדחוף את התערובת הרבה מן ההרכב הטבעי שלה כדי להיות מספיק מולקולות אלכוהול ויניל כדי להשפיע על ריכוז חומצה פורמית.

התשובה לפאזל הזה באה דרך חקירותיו של אוסבורן על "גרנד אתגר" יסודי של משרד האנרגיה של מדעי האנרגיה הבסיסיים, אשר מימן את העבודה: לרתום מערכות רחוקות משווי משקל. לכפות מערכת כימית רחוק שיווי המשקל יכול לאפשר כימאים לחקור תצורות מולקולריות יוצאי דופן שעשויים להיות בעלי ערך נכסים ללכוד אנרגיה ואחסון אנרגיה.

צוותו של אוסבורן חשב שפוטונים - במיוחד אור אולטרה-סגול - יהיו כלי אידיאלי להנעת מערכת כימית הרחק משווי משקל, אך התנגשויות בין מולקולות מובילות בהכרח לשיקום שיווי המשקל. מסיבה זו, לא היה ברור אם הגישה תפעל בלחץ אטמוספרי, שבו התנגשות בין מולקולות להתרחש על 7 מיליארד פעמים בכל שנייה.

תנאי שיווי משקל מפתח בכימיה חדשה

באמצעות ספקטרוסקופית אינפרא אדום כדי לנתח את המולקולות לאחר הקרנה עם אור אולטרה סגול, ובכך לחקות את אור השמש, אוסבורן וצוותו אישרו כי אורכי גל מ 300-330 ננומטר יכול לסדר מחדש את האטומים ב acetaldehyde, המרת אותו אלכוהול ויניל. הניסויים הראו כי כאשר 100 מולקולות אצטאלדהיד לקלוט פוטונים אולטרה סגול בטווח זה אורך גל, בממוצע ארבעה מהם מומרים אלכוהול ויניל. התהליך נמשך גם בלחץ אטמוספרי, כך שמולקולות שאור ספג מונעות על ידי גורם של 100, 000 מתוך תערובת שיווי המשקל.

"עלייה דרמטית זו בריכוז האלכוהול של ויניל מאפשרת כעת כימי חמצון חדשים שאינה אפשרית מאצטלדהיד", אמר אוסבורן.

הצוות שלו הניח כי אלכוהול ויניל יכול להיות מחומצן כדי להניב חומצה פורמית, מסלול נתמך על ידי חישובים תיאורטיים האחרונים שחזו קצב קבוע עבור תהליך זה. בעזרת הפרטים הניסיוניים והתיאורטיים שביצעו, משתפי הפעולה של אוסבורן יכלו להוסיף את הכימיה הזו למודלים מקומיים וגלובליים של האטמוספירה של כדור הארץ, כדי לראות כיצד היא עשויה לשנות את ריכוזי החומצה הפורמית.

"כימיה חדשה זו מייצרת כ -3.4 מיליארד טונות של חומצה פורמית נוספת בשנה במודל, אבל זה מסתכם רק ב -7% מחומצה פורמית במודל העולמי", אמר אוסבורן. "זה לא מספיק כדי לפתור את התעלומה של המקורות החסרים של חומצה פורמית שגורמים מודלים לחלוק על ניסויים.עם זאת, כימיה חדשה חשבונות עבור יותר מ -50 אחוזים מכלל הייצור מודל חומצה פורמית מעל האוקיינוס ​​השקט והודו, תוצאה שהיתה בלתי צפויה לחלוטין, ועשויה להסביר את מקורו החמקמק של חומצה פורמית על פני האוקיינוסים הפתוחים ".

החשיבות של דחיפה בעבר שיווי משקל

מאז 1999, Osborn חקרה את המנגנונים של גז בשלב תגובות כימיות בבית Sandia של שרפה מתקן המחקר. הטמפרטורות הגבוהות המתעוררות בשריפה מעשית מספקות קרקע פורייה לבדיקת שאלות יסוד של תגובה כימית. שיפור הבנה בסיסית של שינוי כימי ישירות כתובות מחלקת האנרגיה מטרות טווח דיסציפלינות, כגון היכולת להפוך את האנרגיה בצורה מבוקרת בין מאגרים חשמליים, כימיים קינטיים.

"מחקר זה מראה כיצד פוטונים יכולים לדחוף מערכות רחוקות משווי משקל, יצירת מסלולים כימיים חדשים שיכולים לאפשר שליטה מוגברת על התמורות באנרגיה, גם בסביבות עם התנגשויות אקראיות רבות המבקשות ליצור מחדש את שיווי המשקל, " אמר אוסבורן.

המחקר גם מדגים כיצד המדע הבסיסי במימון DOE יכול להיות בעל השפעות בלתי צפויות בתחומים אחרים שחשובים לחברה, כגון כימיה באטמוספירה.

menu
menu