Apesar de o ácido carbônico existe apenas uma fracção de segundo antes de se transformando em uma mistura de hidrogênio e bicarbonato de íons, é fundamental para a saúde do ambiente e o corpo humano.o ácido carbônico, a forma hidratada do dióxido de carbono, é fundamental para a saúde da atmosfera e do corpo humano., No entanto, como ele existe por apenas uma fração de segundo antes de se transformar em uma mistura de íons hidrogênio e bicarbonato, o ácido carbônico tem permanecido um enigma. Um novo estudo feito por pesquisadores de laboratório de Berkeley rendeu novas informações valiosas sobre o ácido carbônico com importantes implicações tanto para as preocupações geológicas quanto biológicas.Richard Saykally, um químico da Divisão de Ciências Químicas de Berkeley Lab e professor de química na Universidade da Califórnia (UC) Berkeley, liderou um estudo que produziu a primeira espectroscopia de absorção de raios-X (XAS) para o ácido carbônico aquoso., Estas medições do XAS, que foram obtidas na fonte de luz avançada de Berkeley Lab (ALS), estavam em forte acordo com as previsões do supercomputador obtidas no Centro Nacional de Computação Científica de pesquisa de energia (NERSC).a combinação de resultados teóricos e experimentais fornece novos e detalhados insights sobre as propriedades de hidratação do ácido carbônico aquoso que deve beneficiar o desenvolvimento de tecnologias de sequestro e mitigação de carbono, e melhorar a nossa compreensão de como o ácido carbônico regula o pH do sangue.,”nossos resultados suportam um número médio de hidratação de 3.17 com os dois prótons do ácido, cada um doando uma forte ligação de hidrogênio às águas solvantes, o oxigênio carbonila aceitando uma forte ligação de hidrogênio da água solvante, e as moléculas de oxigênio hidroxila aceitando fracas ligações de hidrogênio da água”, diz Saykally. “Os dados XAS devem ser interpretados comparando medições com resultados de um espectro calculado, o que é um sério desafio. O forte acordo entre os nossos espectros de raios X calculados e observados é uma conquista nova e significativa.,”
The molecular dynamics simulations and first principles density functional theory method used to model and interpret the XAS measurements were carried under the leadership of David Prendergast, a staff scientist in the Theory of Nanostructures Facility at Berkeley Lab’s Molecular Foundry. A fundição Molecular, a NERSC e a ALS, são todos escritórios do Science national user facilities hospedados no Berkeley Lab.,
“Usando nosso modelo de Dinâmica molecular de primeiros princípios e simulações dinâmicas moleculares, fomos capazes de simular como o ácido carbônico é solvado pela água”, diz Prendergast. “Nós então convertemos esta informação em um espectro de absorção XAS previsto que poderia ser diretamente comparado com medições experimentais na ela.”
(a Partir da esquerda) Richard Saykally, David Prendergast, Jacob Smith e Royce Lam foram parte de uma equipe que tem fornecido novos e valiosos insights sobre aquosa de ácido carbônico., (Photo by Roy Kaltschmidt)
Saykally and Prendergast have published their results in Chemical Physical Letters. The paper is titled ” The hydration structure of aqueous carbonic acid from X-ray absorption spectroscopy. Saykally é o autor correspondente. Outros co-autores, além de Prendergast, São Royce Lam, Alice England, Alex Sheardy, Orion Shih, Jacob Smith e Anthony Rizzuto.
Quando o dióxido de carbono se dissolve em água cerca de um por cento dele forma ácido carbônico, que quase imediatamente dissocia-se a aniões e prótons bicarbonato., Apesar de sua existência fugaz – cerca de 300 nanossegundos – o ácido carbônico é uma espécie intermediária crucial no equilíbrio entre dióxido de carbono, água e muitos minerais. Desempenha um papel crucial no ciclo do carbono – a troca de dióxido de carbono entre a atmosfera e os oceanos-e no amortecimento do sangue e de outros fluidos corporais. A curta duração do ácido carbônico na água tornou extremamente difícil de estudar.,Saykally e seu grupo de pesquisa superaram este obstáculo com o desenvolvimento de uma tecnologia única de mistura de microjato líquido em que duas amostras aquosas rapidamente se misturam e fluem através de um bocal de ponta fina que é feito de sílica fundida e apresenta uma abertura de apenas alguns micrômetros de diâmetro. O feixe líquido resultante viaja alguns centímetros em uma câmara de vácuo antes de ser intersectado por um feixe de raios X, então coletado e condensado para fora. Saykally e o seu grupo montaram o seu sistema de microjato líquido na ALS Beamline 8.0.,1, um altíssimo fluxo undulator beamline que produz feixes de raios X otimizados para estudos XAS.
“A chave para o nosso sucesso foi um avanço na nossa tecnologia de microjato líquido que nos permite alcançar uma rápida mistura de nossos reagentes, bicarbonato e ácido clorídrico, e sonda imediata dos produtos de ácido carbônico”, diz Saykally.
para este estudo, ele e seu grupo usaram uma variação de XAS chamada espectroscopia de absorção de Raio-X próximo a borda (NEXAFS), uma técnica de sonda específica a um átomo tanto da estrutura eletrônica de uma molécula e seu ambiente químico local., NEXAFS é ideal para a obtenção de caracterizações detalhadas de interações de hidratação, no entanto, tem sido em grande parte limitado a estudos em gases e sólidos por causa das dificuldades de trabalhar com amostras líquidas em um alto vácuo. Ao incorporar sua tecnologia de microjato no ambiente de alto vácuo de uma beamline de raios X synchrotron, Saykally e seu grupo são capazes de realizar NEXAFS em amostras líquidas.,os pesquisadores por trás deste estudo dizem que seus resultados são importantes para a compreensão e modelagem de como o equilíbrio químico entre o ácido carbônico e o dióxido de carbono procede em aquíferos salinos e outros meios de sequestro de carbono propostos. O mesmo processo de equilíbrio governa a respiração em organismos vivos.como o ácido carbônico nas fases gasosa e sólida tem sido bastante bem estudado, nosso novo trabalho de solução de água irá facilitar o desenvolvimento de modelos detalhados para a química gás-líquido reversível de dióxido de carbono”, diz Saykally.,esta pesquisa foi apoiada pelo DOE Office of Science.
Informação adicional
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