Deși acid carbonic există numai pentru o fracțiune de secundă înainte de a schimba într-un amestec de hidrogen și ioni de bicarbonat, este esențială pentru sănătatea atmosfera și corpul uman.deși adună puține titluri publice, acidul carbonic, forma hidratată a dioxidului de carbon, este esențial atât pentru sănătatea atmosferei, cât și pentru corpul uman., Cu toate acestea, deoarece există doar o fracțiune de secundă înainte de a se transforma într-un amestec de ioni de hidrogen și bicarbonat, acidul carbonic a rămas o enigmă. Un nou studiu realizat de cercetătorii Laboratorului Berkeley a dat informații valoroase despre acidul carbonic, cu implicații importante atât pentru preocupările geologice, cât și pentru cele biologice.Richard Saykally, chimist cu Divizia de științe Chimice a Laboratorului Berkeley și profesor de chimie la Universitatea din California (UC) Berkeley, a condus un studiu care a produs primele măsurători de spectroscopie de absorbție a razelor X (XAS) pentru acidul carbonic apos., Aceste măsurători XAS, care au fost obținute la sursa de lumină avansată a Laboratorului Berkeley (ALS), au fost în acord puternic cu predicțiile supercomputerului obținute la Centrul Național de cercetare științifică în domeniul energiei (NERSC).combinația dintre rezultatele teoretice și experimentale oferă perspective noi și detaliate asupra proprietăților de hidratare ale acidului carbonic apos, care ar trebui să beneficieze de dezvoltarea tehnologiilor de sechestrare și atenuare a carbonului și să îmbunătățească înțelegerea modului în care acidul carbonic reglează pH-ul sângelui.,
„rezultatele Noastre susțin o medie de hidratare numărul de 3.17 cu acidul doi protoni fiecare donând o puternică legătură de hidrogen pentru a solvating apele, carbonil de oxigen accepta o puternică legătură de hidrogen din solvating apă, și hidroxil molecule de oxigen acceptarea slabe legături de hidrogen din apă”, spune Saykally. „Datele XAS trebuie interpretate prin compararea măsurătorilor cu rezultatele unui spectru calculat, ceea ce reprezintă o provocare serioasă. Acordul ferm între spectrele noastre de raze X calculate și cele observate este o realizare nouă și semnificativă.,”
simulările dinamicii moleculare și metoda teoriei funcționale a densității primelor principii utilizate pentru modelarea și interpretarea măsurătorilor XAS au fost efectuate sub conducerea lui David Prendergast, un om de știință al personalului în teoria nanostructurilor facilitatea de la Berkeley Lab ‘ s Molecular Foundry. Turnătoria moleculară, NERSC și ALS, sunt toate DOE Office of Science facilități naționale de utilizare găzduite la Berkeley Lab.,”folosind primul nostru model de dinamică moleculară și simulări dinamice moleculare, am reușit să simulăm modul în care acidul carbonic este solvat de apă”, spune Prendergast. „Apoi am transformat aceste informații într-un spectru de absorbție XAS prezis, care ar putea fi comparat direct cu măsurătorile experimentale la ALS.”
(De la stânga) Richard Saykally, David Prendergast, Jacob Smith și Royce Lam au fost parte dintr-o echipă care a oferit valoroase nouă perspectivă în soluție apoasă de acid carbonic., (Foto de Roy Kaltschmidt)
Saykally și Prendergast și-au publicat rezultatele în litere fizice chimice. Lucrarea este intitulată ” structura hidratantă a acidului carbonic apos din spectroscopia de absorbție a razelor X.”Saykally este autorul corespondent. Alți coautori, pe lângă Prendergast, sunt Royce Lam, Alice England, Alex Sheardy, Orion Shih, Jacob Smith și Anthony Rizzuto.când dioxidul de carbon se dizolvă în apă, aproximativ un procent din acesta formează acid carbonic, care aproape imediat se disociază la anioni și protoni bicarbonați., În ciuda existenței sale trecătoare – aproximativ 300 de nanosecunde-acidul carbonic este o specie intermediară crucială în echilibrul dintre dioxidul de carbon, apă și multe minerale. Acesta joacă un rol crucial în ciclul carbonului – schimbul de dioxid de carbon între atmosferă și oceane – și în tamponarea sângelui și a altor fluide corporale. Durata scurtă de viață a acidului carbonic în apă a făcut extrem de dificil de studiat.,
Saykally și grupul de cercetare a depășit acest obstacol cu dezvoltarea lor de un lichid unic microjet tehnologie de amestecare în care două probe apoase rapid se amestecă și fluxul printr-o fin cu vârf duza care este facut din siliciu topit si are o deschidere la numai câțiva micrometri în diametru. Fasciculul lichid rezultat călătorește câțiva centimetri într-o cameră de vid înainte de a fi intersectat de un fascicul de raze X, apoi colectat și condensat. Saykally și grupul său și-au instalat sistemul de microjet lichid la ALS Beamline 8.0.,1, un flux mare undulator beamline care produce raze X optimizat pentru studii XAS.
„cheia succesului nostru a fost un avans în lichid noastra microjet tehnologie care ne permite de a realiza o amestecare rapida a noastră reactanților, bicarbonat și acid clorhidric, și imediată de sondare de acid carbonic produse,” Saykally spune.pentru acest studiu, el și grupul său au folosit o variație de XAS numită spectroscopie de structură fină de absorbție a razelor X (NEXAFS), o tehnică de sondă specifică atomului atât a structurii electronice a unei molecule, cât și a mediului său chimic local., NEXAFS este ideală pentru obținerea detaliate caracterizari de hidratare interacțiuni, cu toate acestea, a fost în mare parte limitată la studii în gaze și solide, din cauza dificultăților de a lucra cu lichid de probe într-un vid. Prin încorporarea lor microjet tehnologie în vid mediu de sincrotron X-ray iradiate, Saykally și grupul său sunt capabili de a efectua NEXAFS pe probe lichide.,
cercetatorii din spatele acestui studiu spun că rezultatele lor sunt importante pentru înțelegerea și modelarea cum echilibru chimic între acid carbonic și dioxid de carbon încasările în acvifere saline și alte propus de sechestrare a carbonului mass-media. Același proces de echilibru guvernează respirația în organismele vii.
„sub forma de acid carbonic în ambele gaz și solid faze a fost destul de bine studiat, noua noastră soluție de apă de muncă va facilita dezvoltarea de modele detaliate pentru reversibile gaz-lichid chimie de dioxid de carbon,” Saykally spune.,această cercetare a fost susținută de DOE Office of Science.
informații suplimentare
Pentru mai multe despre cercetarea lui Richard Saykally mergeți aici
pentru mai multe despre cercetarea lui David Prendergast mergeți aici
