Inilalantad ng mga neutron ang kristal na istraktura ng mailap na carbonic acid
Naniniwala ang lahat na alam nila ito, ngunit nanatili itong isa sa pinakamalaking lihim sa kimika: carbonic acid. Hanggang ngayon, walang nakakita sa molecular structure ng compound na binubuo ng hydrogen, oxygen at carbon na may chemical formula H.2CO3. Ang tambalan ay mabilis na nasira—kahit man lang sa ibabaw ng Earth—sa tubig at carbon dioxide o nagre-react upang bumuo ng hydrogen carbonate, isang substance na nasisira din.
Ito ang nagbibigay ng fizz sa mineral na tubig at champagne."Dahil ang mga tao ay hindi naniniwala sa kung ano ang hindi nila nakikita, ang mga libro ng kimika ay karaniwang sinasabi na ang carbonic acid ay hindi umiiral o hindi bababa sa na hindi ito maaaring ihiwalay nang may ganap na katiyakan,"sabi ni Prof. Richard Dronskowski, ang direktor ng instituto ng Inorganic Chemistry sa RWTH Aachen.
Sa kanyang koponan sa RWTH at sa Hoffmann Institute for Advanced Materials (HIAM) sa Shenzhen, China, nagtagumpay na siya ngayon sa paggawa ng crystalline carbonic acid at pagsusuri sa istraktura nito sa unang pagkakataon. Kaya oras na upang muling isulat ang mga aklat-aralin.
Ang mga mananaliksik ay tumagal ng walong taon upang patunayan ang pagkakaroon ng tambalan."Ang aming mga kalkulasyon na nakabatay sa computer sa simula ay nagpakita na kailangan naming lumikha ng mga temperatura na minus 100°C na sinamahan ng presyon na humigit-kumulang 20,000 atmospheres para sa mga carbonic acid na kristal na mabuo mula sa tubig at carbon dioxide. Kaya kinailangan naming magdisenyo at bumuo ng isang kagamitan na makatiis sa mga matinding kondisyong ito,"sabi ni Dronskowski.
Ang mga dingding ng measurement cell, na hindi hihigit sa isang bote ng pabango, ay binubuo ng isang espesyal na ginawang haluang metal. Ang isang brilyante na window ay nagpapahintulot sa mga mananaliksik na makita ang loob. Sa cell na ito, ang pinaghalong frozen na tubig at carbon dioxide dry ice ay napapailalim sa pressure na may anvil. Sa ilalim ng matinding mga kondisyong ito, ang mga kristal ay aktwal na nabuo.
Paggamit ng mga neutron upang makakita ng mas mahusay
Upang matuto nang higit pa tungkol sa komposisyon at istraktura ng mga kristal, dinala ng team ang measurement cell sa FRM II sa Munich:"Para sa aming mga pagsisiyasat, kailangan namin ng mga neutron beam,"paggunita ni Dronskowski.
"Ang X-ray ay nakikipag-ugnayan sa mga electron sa mga atomo. Ngunit ang mga neutron ay nakikipag-ugnayan sa nuclei. Bilang resulta, magagamit ang mga ito upang makita ang kahit napakagaan na mga atomo, tulad ng hydrogen, na naglalaman lamang ng isang elektron. Mahalaga iyon para sa amin dahil ang aming mga kristal ay naglalaman ng hydrogen. Kailangan nating malaman kung saan matatagpuan ang mga atomo ng hydrogen sa molekula."
Upang gumamit ng mga neutron beam upang siyasatin ang atomic na istraktura ng isang kristal, kailangan ang mga napakasensitibong instrumento sa pagsukat gaya ng STRESS-SPEC diffractometer. Ito ay binuo upang sukatin ang mga epekto ng displacement ng mga stress sa kristal na sala-sala. Para sa pagsukat, ang isang monochromator ay ginagamit upang pumili ng isang tiyak na wavelength mula sa neutron beam na ibinubuga ng FRM II research reactor.
Ang monochromatic beam na ito ay maaaring itutok gamit ang mga espesyal na slits upang ganap itong ituon sa loob ng measurement cell, paliwanag ng TUM researcher at FRM II group leader na si Dr. Michael Hofmann:"Nagbibigay-daan ito sa amin na pag-aralan ang napakaliit na dami ng sample sa napakataas na resolution. Para sa pagsusuri ng sample mula sa Aachen, na may dami lamang ng ilang cubic millimeters, ito ay perpekto."
Kapag ang monochromaticized neutron beam ay tumama sa isang kristal, ito ay pinalihis sa pamamagitan ng pakikipag-ugnayan sa mga atomo. Gumagawa ito ng pattern ng diffraction kung saan mahihinuha ang istruktura ng kristal na sala-sala—kahit man lang sa teorya.
Ang puzzle ng istraktura
"Sa mga praktikal na termino, ang pagsusuri ng data ng pagsukat ay isang tunay na hamon,"sabi ni Dronskowski. Ang mga mananaliksik ay tumagal ng higit sa dalawang taon upang matukoy ang libu-libong mga posibilidad sa istruktura sa kanilang mga algorithm at suriin ang mga ito laban sa mga eksperimentong resulta. Sa pamamaraang ito, sa huli ay nagtagumpay sila sa pagtukoy sa istraktura ng mga kristal na nabuo sa loob ng cell ng pagsukat: Sila nga ay binubuo ng H2CO3 mga molekula na nakaugnay sa pamamagitan ng mga bono ng hydrogen, na bumubuo ng mababang simetrya"monocline"istraktura.
"Ang aming trabaho ay pangunahing pangunahing pananaliksik: kailangan lang malaman ng mga chemist ito-hindi nila matulungan ang kanilang sarili. Ngunit ngayon, kung saan alam natin ang mga kondisyon kung saan nabuo ang carbonic acid, maaari nating isipin ang mga praktikal na aplikasyon,"sabi ni Dronskowski.
Halimbawa, ang mga cosmologist na nakakita ng mga bakas ng carbonic acid sa malalayong mga planeta o buwan ay makakagawa ng mga konklusyon sa mga kondisyon doon. Ang mga resulta ay maaaring maging kawili-wili din para sa geoengineering: Halimbawa, posible na ngayong kalkulahin kung kailan bubuo ang mga carbonic acid na kristal kapag inilagay ang carbon dioxide sa ilalim ng mataas na presyon sa ilalim ng basang mga kondisyon sa ilalim ng lupa.
Ang pananaliksik ay nai-publish sa Mga inorganics.
