Vaikka hiilihappo on olemassa vain sekunnin murto-osan ennen muuttumassa sekoita vety-ja bikarbonaatti-ioneja, se on tärkeää sekä terveyden, ilmakehän ja ihmisen elimistöön.
Vaikka se garners muutaman julkisen otsikot, hiilihappo, sammutettua muodostavat hiilidioksidia, on kriittinen sekä terveyden ilmapiiri ja ihmisen elimistöön., Kuitenkin, koska se on olemassa vain sekunnin murto-osan ennen muuttumassa sekoita vety-ja bikarbonaatti-ioneja, hiilihappo on pysynyt arvoituksena. Uusi tutkimus Berkeley Lab tutkijoiden on tuottanut arvokasta uutta tietoa siitä, hiilihappo, jolla on merkittäviä vaikutuksia sekä geologiset ja biologiset koskee.
Richard Saykally, kemisti kanssa Berkeley Lab on Chemical Sciences Division ja kemian professori, University of California (UC) Berkeley, led-tutkimuksessa, joka tuotti ensimmäisen X-ray absorption spectroscopy (XAS) mittaukset vesipitoiset hiilihappo., Nämä XAS mittauksia, joista saatiin Berkeley Lab on Kehittynyt valonlähde (ALS), oli vahva sopimus supertietokone ennusteet, jotka on saatu Kansallisten Energia-alan Tutkimuksen Tieteellisen Laskennan Keskus (NERSC).
yhdistelmä teoreettista ja kokeellista tulokset tarjoaa uusia ja yksityiskohtaiset oivalluksia nesteytys ominaisuuksia vesipitoiset hiilihappo, että olisi hyötyä kehityksen hiilen sitomisen ja lieventäminen teknologiaan, ja parantaa ymmärrystä siitä, miten hiilihappo säätelee pH verta.,
”Meidän tulokset tukevat keskimäärin nesteytys määrä 3.17 happo on kaksi protonia jokainen lahjoittamalla vahva vetysidos, jotta solvating vedet, karbonyyli happea hyväksyä vahva vetysidos alkaen solvating vettä, ja hydroksyyli happea hyväksyä heikko vetysidokset vedestä”, sanoo Saykally. ”XAS-tietoja on tulkittava vertaamalla mittauksia lasketun spektrin tuloksiin, mikä on vakava haaste. Laskelmoitujen ja havaittujen Röntgenspektrien välinen vahva sopimus on uusi ja merkittävä saavutus.,”
molecular dynamics simulaatioita ja ensimmäiset periaatteet density functional theory menetelmä mallintaa ja tulkita XAS mittaukset suoritettiin johdolla David Prendergast, henkilökunnan tiedemies Teorian Nanostructures Laitos Berkeley Lab on Molekyyli Valimo. Molekyyli-Valimo, NERSC ja ALS, ovat kaikki DOE Office of Science kansallisen käyttäjän tilat isännöi Berkeley Lab.,
”Käyttämällä ensin-periaatteita molecular dynamics malli ja molekyyli-dynaaminen simulaatioita, pystyimme simuloimaan, miten hiilihappo on solvated vettä,” Prendergast sanoo. ”Me sitten muuntaa nämä tiedot ennustettu XAS absorptiospektri, joka voisi olla suoraan verrata kokeelliset mittaukset ALS.”
(vasemmalta) Richard Saykally, David Prendergast, Jacob Smith ja Royce Lam oli osa tiimiä, joka on antanut arvokasta uutta tietoa vesipitoiset hiilihappo., (Kuva: Roy Kaltschmidt)
Saykally ja Prendergast ovat julkaisseet tuloksia Kemiallinen Fyysisiä Kirjeitä. Paperin nimi on ” röntgenabsorptiospektroskopian vesipitoisen hiilihapon hydraatiorakenne.”Saykally on vastaava kirjoittaja. Muut co-kirjoittajat, lisäksi Prendergast, ovat Royce Lam, Alice Englanti, Alex Sheardy, Orion Shih, Jacob Smith ja Anthony Rizzuto.
Kun hiilidioksidi liukenee veteen noin yksi prosenttia ja se muodostaa hiilihappoa, joka lähes välittömästi hajoaa, jotta bikarbonaatti anionit ja protonit., Huolimatta sen ohikiitävä olemassaolo – noin 300 nanosekuntia – hiilihappo on keskeinen väli lajien välistä tasapainoa hiilidioksidia, vettä ja monia mineraaleja. Se on keskeinen rooli hiilen kierto – vaihto hiilidioksidin välillä ilmakehän ja valtamerten – ja puskurointi verta ja muita ruumiinnesteitä. Hiilihapon lyhyt elinikä vedessä on tehnyt tutkimisen erittäin vaikeaksi.,
Saykally ja hänen tutkimusryhmänsä voittivat tämä este niiden kehitystä ainutlaatuinen neste microjet sekoittamalla tekniikka, jossa kaksi vesipitoiset näytteet nopeasti sekoita ja virtaus läpi hienoksi kallistuu suutin, joka on valmistettu kvartsilasia ja ominaisuuksia, aukko, vain muutaman mikrometriä halkaisijaltaan. Tuloksena neste palkki liikkuu muutaman senttimetrin tyhjiöön, ennen kuin se on leikkaavat X-ray palkki sitten kerätty ja tiivistetty pois. Saykally ja hänen ryhmänsä ovat perustaneet niiden neste microjet järjestelmän ALS Suihkulla 8.0.,1, high flux undulator beamline, joka tuottaa röntgensäteitä optimoitu XAS tutkimuksia.
”avain menestykseemme oli etukäteen meidän neste microjet-tekniikka, jonka avulla voimme saavuttaa nopea sekoittaminen meidän reagenssit, bikarbonaatti-ja suolahappoa, ja välitöntä hyvää ja hiilihappo tuotteita,” Saykally sanoo.
tässä tutkimuksessa, hän ja hänen ryhmä käyttää vaihtelu XAS nimeltään Lähellä Reunan X-ray Absorption Fine Structure (NEXAFS) spektroskopia, atomi-spesifinen koetin tekniikka sekä sähköisen rakenteen molekyyli ja sen paikallinen kemiallinen ympäristö., NEXAFS on ihanteellinen saada yksityiskohtaisia luonnehdintoja nesteytys interaktio, kuitenkin, se on suurelta osin rajoittunut tutkimukset kaasujen ja kiintoaineiden koska vaikeuksien kanssa nestemäiset näytteet korkea tyhjiössä. Sisällyttämällä niiden microjet teknologian osaksi korkea-tyhjiö ympäristö synkrotronisäteilyn X-ray suihkulla, Saykally ja hänen ryhmänsä voivat suorittaa NEXAFS nestemäisiä näytteitä.,
tutkijoiden takana tutkimuksen, sanoa, että niiden tulokset ovat tärkeitä ymmärtäminen ja mallintaminen, miten kemiallinen tasapaino hiilihapon ja hiilidioksidin tuotto vuonna suolaisiin pohjavesiesiintymiin, ja muut ehdotetut hiilen sitomisen media. Sama tasapainoprosessi säätelee eliöiden hengitystä.
”, Kuten hiilihappo sekä kaasun ja kiinteiden faasien on ollut melko hyvin tutkittu, uusi vesi ratkaisu työtä helpottaa kehitystä yksityiskohtaisia malleja palautuva kaasu-neste kemia hiilidioksidia,” Saykally sanoo.,
tätä tutkimusta tuki DOE: n Tiedetoimisto.
Lisätietoja
lisätietoja tutkimuksen Richard Saykally mennä tänne.
lisätietoja tutkimuksen David Prendergast mennä tänne.
