Araştırmacılar Pasifik, Hint Okyanusu üzerinde yeni formik asit kaynağı keşfettiler.

Anonim

Dengeden uzak kimyasal sistemleri zorlamak için tasarlanan Sandia Ulusal Laboratuvarlarındaki deneylerden elde edilen bilgiler, uluslararası bir grup araştırmacının Pasifik ve Hint okyanusları üzerinde yeni bir temel formik asit kaynağı keşfetmesine izin verdi.

Keşif Nature Communications'ın 3 Temmuz sayısında yayınlandı. Proje, Sandia, Yeni Güney Galler Üniversitesi, Leeds Üniversitesi, Pasifik Üniversitesi ve Minnesota Üniversitesi arasında bir işbirliğiydi.

En küçük organik asit ve karıncalar arasındaki iletişim için önemli bir kimyasal olmanın yanı sıra, formik asit küresel atmosferdeki en bol organik asit ve büyük bir yağmur suyu asiditesi kaynağıdır. Bununla birlikte, küresel atmosferik modeller troposferdeki mevcut formik asit miktarını doğrudan ölçümlere kıyasla önemli ölçüde az tahmin etmektedir. Formik asit, hidrokarbon oksidasyonunun son noktasında yattığından, bu tahmin, atmosferdeki hidrokarbon degradasyonunun güncel bilimsel anlayışını sorgulamaktadır. Hava kalitesinin ve havadaki aerosol etkilerinin doğru tahminlerinin, atmosferik hidrokarbon kimyasının sağlam bir temsiline dayanması nedeniyle, bu azınlığın kaynağını anlamak çok önemlidir. Yeni araştırma, test dışı süreçlerin modelleri gerçeğe daha yakın hale getirdiğini, ancak beklenmedik bir dönüşle nasıl vurguladığını vurgulamaktadır.

Sandia araştırmacısı Craig Taatjes'in liderliğindeki önceki çalışmalardan esinlenerek, Sandia fizik kimyacısı David Osborn ve meslektaşları, vinil alkolün eksik formik aside kimyasal bir öncü olabileceğini öne sürdüler.

Bununla birlikte, bir aksaklık vardı: vinil alkol, ortak molekül asetaldehidin bir metastabl formu veya izomeridir. Denge ve oda sıcaklığında, her 3, 3 milyon asetaldehit molekülü için sadece bir vinil alkol molekülü vardır. Bir şey, bu karışımı doğal bileşiminden uzaklaştırarak formik asit konsantrasyonlarını potansiyel olarak etkileyecek yeterli miktarda vinil alkol molekülü oluşturmaya ihtiyaç duyacaktır.

Bu bulmacanın cevabı, Osborn'un, işi finanse eden DOE'nin Temel Enerji Bilimleri Ofisi'nden temel bir bilimsel Büyük Yargılama'nın keşiflerinden geldi: dengeden uzak sistemlerin kullanılması. Dengeden uzak bir kimyasal sistem zorlamak, kimyacıların enerji yakalama ve enerji depolama için değerli özelliklere sahip olağandışı moleküler konfigürasyonları keşfetmelerine izin verebilir.

Osborn'un ekibi, fotonların - özellikle de ultraviyole ışığın - kimyasal bir sistemi dengeden uzak tutmak için ideal bir araç olacağını düşünüyordu, ancak moleküller arasındaki çarpışmalar kaçınılmaz olarak dengenin yeniden kurulmasına yol açtı. Bu nedenle, yaklaşımın atmosferik basınçta işe yarayıp yaramayacağı belli değildi, moleküllerin çarpışması saniyede yaklaşık 7 milyar kez meydana geliyor.

Yeni kimyada dengede olmayan koşullar

Osborn ve ekibi, ultraviyole ışınla ışınlamadan sonra molekülleri analiz etmek için kızıl ötesi spektroskopiyi kullanarak, 300-330 nanometreden gelen dalga boylarının, asetaldehit içindeki atomları yeniden düzenleyip, vinil alkole dönüştürdüğünü doğruladı. Deneyler, bu dalga boyu aralığında 100 asetaldehit molekülü ultraviyole fotonları emdiğinde, bunların dördünün vinil alkole dönüştüğünü göstermiştir. Süreç atmosfer basıncında bile devam eder, böylece ışığı emen moleküller, bir denge karışımından 100, 000 kat daha fazla bir faktör tarafından sürülür.

Osborn, "Bu vinil alkol konsantrasyonundaki bu dramatik artış, şimdi asetaldehitten mümkün olmayan yeni oksidasyon kimyasına olanak sağlıyor." Dedi.

Ekibi, vinil alkolün, bu süreç için bir oran sabitini tahmin eden son teorik hesaplamalar tarafından desteklenen bir yol olan formik asit elde etmek için oksitlenebileceğini ileri sürdü. Eldeki deneysel ve teorik detaylar ile Osborn'un işbirlikçileri, formik asit konsantrasyonlarını nasıl değiştirebileceğini görmek için bu kimyayı Dünya atmosferinin yerel ve küresel modellerine ekleyebilirler.

Osborn, "Bu yeni kimya, modelde yılda yaklaşık 3, 4 milyar ton ek formik asit üretiyor, ancak bu sadece küresel modeldeki formik asitin yüzde 7'sine denk geliyor" dedi. "Bu, formik asidin eksik kaynaklarının gizemini çözmek için modellerin denemelere katılmamasına yetmez. Ancak, bu yeni kimya Pasifik ve Hint okyanuslarındaki toplam modellenmiş formik asit üretiminin yüzde 50'sinden fazlasını oluşturur. Tamamen beklenmedik bir sonuç doğurdu ve açık okyanuslar üzerindeki formik asitin daha önce akla gelen kökenini açıklayabilir. "

Geçmiş dengeyi zorlamanın önemi

1999'dan beri, Osborn Sandia's Yanma Araştırma Tesisi'nde gaz fazı kimyasal reaksiyon mekanizmalarını araştırdı. Pratik yanmada karşılaşılan yüksek sıcaklıklar, kimyasal reaktivitenin temel sorularını test etmek için verimli bir zemin sağlar. Kimyasal değişimin temel anlayışının geliştirilmesi, enerji, elektrik, kimyasal ve kinetik rezervuarlar arasında kontrollü bir şekilde dönüştürülebilme yeteneği gibi disiplinleri kapsayan Enerji Hedefleri hedeflerini doğrudan ele almaktadır.

Osborn, "Bu araştırma, fotonların dengeden uzaktaki sistemleri nasıl ittiğini, dengeyi yeniden tesis etmek isteyen birçok rastlantısal çarpışmanın olduğu ortamlarda bile enerji dönüşümleri üzerinde daha fazla kontrol sağlamaya olanak tanıyan yeni kimyasal yollar yarattığını gösteriyor." Dedi.

Araştırma aynı zamanda, DOE tarafından finanse edilen temel bilimin, atmosferik kimya gibi toplum için önemli olan diğer alanlarda beklenmedik etkilere nasıl sahip olabileceğini de göstermektedir.

menu
menu