Istraživači otkrivaju novi izvor mravlje kiseline iznad pacifičkih, indijskih oceana

CINS istražuje: Kome je EPS dao gotovo pet miliona evra za obnovu malih hidroelektrana (Srpanj 2019).

Anonim

Uvidom iz eksperimenata u nacionalnim laboratorijima Sandia namijenjenim za sprečavanje kemijskih sustava daleko od ravnoteže omogućilo je međunarodnoj skupini istraživača da otkriju novi glavni izvor mravlje kiseline iznad pacifičkih i indijskih oceana.

Otkriće je objavljeno u izdanju Nature Communicationsa 3. srpnja. Projekt je bio suradnja Sandia, Sveučilišta New South Wales, Sveučilišta u Leedsu, University of the Pacific i University of Minnesota.

Osim što je najmanja organska kiselina i važna kemikalija za komunikaciju između mrava, mravlja kiselina je najpoželjnija organska kiselina u globalnoj atmosferi i glavni izvor kiselosti kišnice. Međutim, globalni atmosferski modeli značajno naglašavaju količinu mravlje kiseline prisutne u troposferi u usporedbi s izravnim mjerenjima. Budući da se mravlja kiselina nalazi na krajnjoj točki oksidacije ugljikovodika, ovaj podcjenjivanje dovodi u pitanje aktualno znanstveno razumijevanje razgradnje ugljikovodika u atmosferi. Vrlo je važno razumjeti podrijetlo ove pretpostavke, jer precizna predviđanja kakvoće zraka i utjecaja aerosola na klimu oslanjaju se na zvučni prikaz kemije atmosfere ugljikovodika. Nova istraživanja naglašavaju kako nepriličeni procesi donose modele bliže stvarnosti, ali s neočekivanim twistom.

Inspiriran ranijim radom istraživača Sandia Craig Taatjes u kemiji sagorijevanja, fizikalni kemičar Sandia David Osborn i njegovi kolege pretpostavljaju da vinilni alkohol može biti kemijski prekursor nestale mravlje kiseline.

Međutim, došlo je do problema: vinilni alkohol je metastabilni oblik, ili izomer, zajedničke molekulske acetaldehida. U ravnoteži i sobnoj temperaturi, postoji samo jedna molekula vinilnog alkohola za svaku 3, 3 milijuna acetaldehidnih molekula. Nešto bi trebalo gurnuti ovu mješavinu daleko od svog prirodnog sastava kako bi postojale dovoljno molekula vinilnog alkohola da potencijalno utječu na koncentracije mravlje kiseline.

Odgovor na ovu zagonetku došao je kroz Osbornove istrage temeljnog znanstvenog Grand Challengea iz ureda za temeljne energetske znanosti DOE-a, koji je financirao rad: kako bi se osposobili sustave daleko od ravnoteže. Prisiljavanje kemijskog sustava daleko od ravnoteže mogao bi omogućiti kemičarima da istraže neobične molekularne konfiguracije koje mogu imati vrijedna svojstva za hvatanje energije i skladištenje energije.

Osbornov tim smatrao je da fotoni - osobito ultraljubičasto svjetlo - predstavljaju idealan alat za vožnju kemijskog sustava daleko od ravnoteže, ali sudari molekula neizbježno dovode do obnove ravnoteže. Iz tog razloga nije bilo jasno hoće li pristup raditi na atmosferskom tlaku, gdje se sudar između molekula odvija oko 7 milijardi puta u sekundi.

Uvjeti nejednakosti uvjetuju novu kemiju

Koristeći infracrvenu spektroskopiju za analizu molekula nakon zračenja ultraljubičastim svjetlom, tako imitirajući sunčevu svjetlost, Osborn i njegov tim potvrdili su da valne duljine od 300-330 nanometara mogu prerasporediti atome u acetaldehidu pretvarajući je u vinilni alkohol. Pokusi su pokazali da kada 100 molekula acetaldehida apsorbira ultraljubičaste fotone u ovom rasponu valnih duljina, u prosjeku četiri od njih pretvaraju se u vinilni alkohol. Postupak se nastavlja čak i pri atmosferskom tlaku, tako da molekule koje apsorbiraju svjetlost potiču faktor od 100, 000 daleko od ravnotežne smjese.

"Ovo dramatično povećanje koncentracije vinil alkohola sada omogućava novu oksidacijsku kemiju koja nije moguća iz acetaldehida", rekao je Osborn.

Njegov je tim pretpostavljao da se vinilni alkohol može oksidirati kako bi se dobila mravlja kiselina, put potaknut novijim teorijskim proračunima koji su predvidjeli stopu stalnosti za taj proces. Uz eksperimentalne i teorijske detalje, Osbornovi suradnici mogli bi dodati ovu kemiju lokalnim i globalnim modelima Zemljine atmosfere kako bi vidjeli kako to može promijeniti koncentracije mravlje kiseline.

"Ova nova kemija proizvodi oko 3, 4 milijarde tona dodatne mravlje kiseline godišnje u modelu, ali to je samo 7 posto mravlje kiseline u globalnom modelu", rekao je Osborn. "Ovo nije dovoljno za rješavanje misterija nedostajućih izvora mravlje kiseline koji uzrokuju da se modeli ne slažu sa pokusima. Međutim, ova nova kemija čini više od 50 posto ukupne modelirane proizvodnje mravlje kiseline iznad pacifičkih i indijskih oceana, rezultat koji je bio potpuno neočekivan i može objasniti prethodno zagonetno podrijetlo mravlje kiseline na otvorenim oceanima. "

Važnost guranja prošlosti ravnoteže

Od 1999. godine, Osborn je istraživao mehanizme reakcija plinovitih kemijskih reakcija u Sandia's Combustion Research Facility. Visoke temperature koje se susreću u praktičnom izgaranju pružaju plodno tlo za ispitivanje temeljnih pitanja kemijske reaktivnosti. Poboljšanje temeljnog razumijevanja kemijske promjene izravno se odnosi na ciljeve Ministarstva energetike koji obuhvaćaju discipline, kao što je sposobnost preobrazbe energije na kontrolirani način između električnih, kemijskih i kinetičkih rezervoara.

"Ovo istraživanje pokazuje kako fotoni mogu gurnuti sustave daleko od ravnoteže, stvarajući nove kemijske puteve koji bi omogućili povećanu kontrolu nad transformacijama energije, čak iu okruženjima s mnogim sudarima koji pokušavaju ponovno uspostaviti ravnotežu", rekao je Osborn.

Istraživanje također pokazuje kako osnovna znanost koju financira DOE može imati neočekivane učinke u drugim područjima koja su važna društvu, kao što je atmosferska kemija.

menu
menu