Tyrėjai atranda naujo skruzdžių rūgšties šaltinį Ramiojo vandenyno ir Indijos vandenynuose

Siaubo pamoka: lietuviai net neįsivaizduoja, kas vyksta mokyklose (Birželis 2019).

Anonim

"Sandia National Laboratories" atliktų eksperimentų, skirtų cheminėms sistemoms toli nuo pusiausvyros stumti, įžvalgos leido tarptautinei mokslininkų grupei atrasti naują pagrindinį skruzdžių rūgšties šaltinį Ramiojo vandenyno ir Indijos vandenynuose.

Atradimas buvo paskelbtas liepos 3 d. " Nature Communications" numeryje. Projektas buvo Sandia, Naujojo Pietų Velso universiteto, Lidso universiteto, Ramiojo vandenyno universiteto ir Minesotos universiteto bendradarbiavimas.

Be to, kad mažiausia organinė rūgštis ir svarbi cheminė medžiaga, skirta sąveikai su skruzdėlėmis, skruzdžių rūgštis yra labiausiai paplitusi organinė rūgštis pasaulinėje atmosferoje ir pagrindinis lietaus vandens rūgštingumo šaltinis. Tačiau pasaulio atmosferos modeliai, palyginti su tiesioginiais matavimais, gerokai nuspėja troposferoje esančią skruzdžių rūgšties kiekį. Kadangi skruzdžių rūgštis yra angliavandenilių oksidacijos pabaigoje, tai nepakankamai įvertina dabartinį mokslinį supratimą apie angliavandenilių degradaciją atmosferoje. Labai svarbu suprasti šios prognozės priežastis, nes tikslūs oro kokybės ir aerozolių įtakos klimatui prognozės remiasi patikimu atmosferos angliavandenilių chemija. Naujasis tyrimas parodo, kaip neeilinio proceso modeliai priartėja prie tikrovės, tačiau yra netikėtai pasukti.

Įkvėptas ankstesnio Sandia tyrėjo Craigo Taatjeso, kurio metu degimo chemijoje vadovavo Sandia, fizinis chemikas Davidas Osbornas ir jo kolegos hipotezė, kad vinilo alkoholis gali būti cheminė pirminė skruzdžių rūgšties pirmtakė.

Tačiau buvo ir užkampis: vinilo alkoholis yra metastazmo forma arba izomeras iš bendros molekulės acetaldehido. Esant pusiausvyrai ir kambario temperatūrai, yra tik viena vinilo alkoholio molekulė kiekvienai 3, 3 mln. Acetaldehido molekulių. Tam, kad būtų pakankamai vinilo alkoholio molekulių, galintį įtakoti skruzdžių rūgščių koncentraciją, šiam mišiniui reikės toli gražu nejudinti.

Atsakymas į šį įspūdį buvo pateiktas Osborno tyrinėjimų pagrindinėje mokslinėje Grand Challenge iš DOE biuro pagrindinių energetikos mokslų, kurie finansavo darbą: panaudoti sistemas toli nuo pusiausvyros. Cheminės sistemos privertimas toli nuo pusiausvyros gali leisti chemikams ištirti neįprastas molekulines konfigūracijas, kurios gali turėti vertingų savybių energijos surinkimui ir energijos kaupimui.

Osborno komanda manė, kad fotonai, ypač ultravioletinė spinduliuotė, būtų ideali priemonė valdyti chemines sistemas toli nuo pusiausvyros, tačiau susidūrimai tarp molekulių neišvengiamai paskatins pusiausvyrą. Dėl šios priežasties nebuvo aišku, ar toks metodas veiktų esant atmosferos slėgiui, kai susidūrimas tarp molekulių atsiranda apie 7 milijardus kartų per sekundę.

Nesuderinamumo sąlygos įeina į naują chemiją

Naudodamas infraraudonosios spinduliuotės spektroskopiją, kad analizuotų molekules po apšvitinimo ultravioletinių spindulių, tokiu būdu imituojant saulės spindulius, Osbornas ir jo komanda patvirtino, kad bangų ilgiai nuo 300-330 nanometrų gali pakeisti azoto acetaldehidą, konvertuodami jį į vinilo alkoholį. Eksperimentai parodė, kad kai 100 acetildehido molekulių absorbuoja ultravioletinės fotonus šiame bangos ilgio diapazone, vidutiniškai keturi iš jų paverčiami vinilo alkoholiu. Procesas išlieka net esant atmosferos slėgiui, todėl molekulės, kurios absorbuoja šviesą, yra 100 000 faktorių atstumu nuo pusiausvyros mišinio.

"Šis dramatiškas vinilo alkoholio koncentracijos padidėjimas dabar leidžia naują oksidacijos cheminę medžiagą, kurios negalima gauti iš acetaldehido, " sakė Osbornas.

Jo komanda teigė, kad vinilo alkoholis gali būti oksiduojamas, kad gautų skruzdžių rūgštį, būdą, pagrįstą naujausiais teoriniais skaičiavimais, pagal kuriuos prognozuojama šio proceso greičio konstanta. Su eksperimentiniais ir teoriniais detaliais, Osborno bendradarbiai galėtų pridėti šią chemiją į vietinius ir pasaulinius Žemės atmosferos modelius, kad sužinotų, kaip jis gali pakeisti skruzdžių rūgščių koncentracijas.

"Ši nauja chemija modelyje sukuria apie 3, 4 mlrd. Tonų papildomo skruzdžių rūgšties, bet tai yra tik 7 proc. Skruzdžių rūgšties pasauliniame modelyje", - sakė Osbornas. "Tai nepakanka, kad būtų išspręstos trūkstamų skruzdžių rūgščių šaltinių paslaptys, dėl kurių modeliai nesutampa su eksperimentais. Tačiau ši nauja chemija sudaro daugiau kaip 50 procentų viso modeliuoto skruzdžių rūgščių gamybos Ramiojo vandenyno ir Indijos vandenynuose, rezultatas buvo visiškai netikėtas ir gali paaiškinti anksčiau besimėgautiną skruzdžių rūgšties kilmę per atvirus vandenynus ".

Svarba praeinant pusiausvyrą

Nuo 1999 m. Osbornas ištyrė dujų fazės cheminių reakcijų mechanizmus "Sandia" deginimo tyrimų centre. Aukštos temperatūros, susidarančios praktiniame degimo procese, suteikia naudingą pagrindą cheminio reaktyvumo pagrindiniams klausimams ištirti. Pagrindinio cheminių pokyčių supratimo patobulinimas tiesiogiai susijęs su Energetikos departamento tikslais, apimančiais disciplinas, tokias kaip sugebėjimas kontroliuoti energijos valdymą tarp elektrinių, cheminių ir kinetinių rezervuarų.

"Šie tyrimai rodo, kad fotonai gali stumti sistemas toli nuo pusiausvyros, kurti naujus cheminius būdus, kurie leistų labiau kontroliuoti energijos transformacijas net ir aplinkoje, kurioje susiduriama su daugybe atsitiktinių imčių susidūrimų, kuriais siekiama atkurti pusiausvyrą", - sakė Osbornas.

Tyrimas taip pat parodo, kaip DOE finansuojamas pagrindinis mokslas gali turėti netikėto poveikio kitose visuomenėje svarbiose srityse, tokiose kaip atmosferos chemija.

menu
menu