นักวิจัยค้นพบแหล่งที่มาของกรดฟอร์มิกมากกว่ามหาสมุทรแปซิฟิกมหาสมุทรอินเดีย

Anonim

ข้อมูลเชิงลึกจากการทดลองของ Sandia National Laboratories ที่ออกแบบมาเพื่อผลักดันระบบทางเคมีที่ห่างไกลจากความสมดุลช่วยให้นักวิจัยระดับนานาชาติสามารถค้นพบแหล่งกรดอะมิกใหม่ ๆ ในมหาสมุทรแปซิฟิกและอินเดียได้

การค้นพบนี้ได้รับการเผยแพร่ในนิตยสาร Nature Communications ฉบับเดือนกรกฎาคมฉบับที่ 3 โครงการนี้เป็นความร่วมมือระหว่างมหาวิทยาลัย Sandia มหาวิทยาลัย New South Wales มหาวิทยาลัยลีดส์มหาวิทยาลัยแปซิฟิกและมหาวิทยาลัยมินนิโซตา

นอกเหนือจากการเป็นกรดอินทรีย์ที่เล็กที่สุดและเป็นสารเคมีที่สำคัญในการติดต่อสื่อสารระหว่างมดกรดฟอร์มิกเป็นกรดอินทรีย์ที่อุดมสมบูรณ์ที่สุดในบรรยากาศโลกและเป็นแหล่งที่สำคัญของความเป็นกรด - ด่างฝน อย่างไรก็ตามรูปแบบของบรรยากาศทั่วโลกมีนัยสำคัญ underpredict ปริมาณของกรด formic ในปัจจุบัน troposphere เทียบกับการวัดโดยตรง เนื่องจากกรดฟอร์มิคอยู่ในจุดสิ้นสุดของการเกิดออกซิเดชันของไฮโดรคาร์บอนการประเมินความประมงทางวิทยาศาสตร์นี้ทำให้ความรู้ความเข้าใจทางวิทยาศาสตร์ของการย่อยสลายของไฮโดรคาร์บอนในชั้นบรรยากาศ เป็นสิ่งสำคัญที่ต้องทำความเข้าใจกับต้นกำเนิดของการประเมินค่าเนื่องจากการคาดการณ์ที่ถูกต้องเกี่ยวกับคุณภาพอากาศและผลกระทบของละอองลอยต่อสภาพอากาศจะขึ้นอยู่กับการแสดงคุณสมบัติทางเคมีของสารไฮโดรคาร์บอนในบรรยากาศ งานวิจัยชิ้นใหม่ชี้ให้เห็นว่ากระบวนการที่ไม่มีอยู่จริงนำมาสู่รูปแบบที่ใกล้ชิดกับความเป็นจริงมากขึ้น แต่ด้วยความบิดไม่คาดฝัน

แรงบันดาลใจจากงานก่อนหน้านี้ซึ่งนำโดย Sandia นักวิจัย Craig Taatjes ในด้านเคมีการเผาไหม้นักเคมีทางกายภาพของ Sandia David Osborn และเพื่อนร่วมงานของเขาตั้งข้อสังเกตว่าแอลกอฮอล์ไวนิลอาจเป็นสารตั้งต้นทางเคมีต่อกรดฟอร์มิคที่หายไป

อย่างไรก็ตามมีการผูกปม: แอลกอฮอล์ไวนิลเป็นรูปแบบ metastable หรือ isomer ของ acetaldehyde โมเลกุลทั่วไป ที่สมดุลและอุณหภูมิห้องมีโมเลกุลแอลกอฮอล์ไวนิลเพียงตัวเดียวสำหรับทุกๆ 3.3 ล้านโมเลกุล acetaldehyde บางสิ่งบางอย่างจะต้องผลักดันส่วนผสมนี้ห่างไกลจากองค์ประกอบตามธรรมชาติของการมีโมเลกุลไวนิลแอลกอฮอล์มากพอที่จะทำให้เกิดความเข้มข้นของกรด formic

คำตอบของปริศนานี้มาจากการสำรวจความท้าทายแกรนด์แกรนด์ของออสบอร์นจากสำนักงานวิทยาศาสตร์พลังงานขั้นพื้นฐานของ DOE ซึ่งสนับสนุนงาน: เพื่อควบคุมระบบต่างๆให้ห่างไกลจากความสมดุล การบังคับให้ระบบทางเคมีห่างไกลจากความสมดุลอาจช่วยให้นักเคมีสามารถสำรวจการกำหนดค่าโมเลกุลที่ผิดปกติซึ่งอาจมีคุณสมบัติที่มีค่าสำหรับการเก็บพลังงานและการเก็บรักษาพลังงาน

ทีมออสบอร์นคิดว่าโฟตอนในแสงอัลตราไวโอเลตโดยเฉพาะจะเป็นเครื่องมือที่เหมาะสำหรับการขับเคลื่อนระบบทางเคมีที่ห่างไกลจากความสมดุล แต่การชนกันระหว่างโมเลกุลย่อมนำไปสู่การฟื้นฟูความสมดุล ด้วยเหตุนี้จึงไม่เป็นที่ชัดเจนว่าวิธีการนี้จะทำงานที่ความดันบรรยากาศซึ่งการชนกันระหว่างโมเลกุลเกิดขึ้นประมาณ 7 พันล้านครั้งต่อวินาที

เงื่อนไขที่ไม่สำคัญในวิชาเคมีใหม่

ด้วยการใช้อินฟราเรดสเปกโตรสโกปีเพื่อวิเคราะห์โมเลกุลหลังการฉายรังสีด้วยแสงอัลตราไวโอเลตการเลียนแบบแสงแดด Osborn และทีมงานของเขายืนยันว่าช่วงความยาวคลื่น 300-330 นาโนเมตรสามารถจัดเรียงอะตอมใน acetaldehyde เปลี่ยนเป็นแอลกอฮอล์ไวนิล จากการทดลองพบว่าเมื่ออะตอมของอะเซทธาดีไฮด์จำนวน 100 อะตอมดูดซับโฟตอนในช่วงความยาวคลื่นนี้โดยเฉลี่ยแล้วสี่ตัวจะเปลี่ยนเป็นแอลกอฮอล์ไวนิล กระบวนการนี้ยังคงอยู่ที่ความดันบรรยากาศเพื่อให้โมเลกุลที่ดูดซับแสงได้รับแรงผลักดันจากปัจจัยทางความเป็น 100, 000 จากส่วนผสมที่สมดุล

"การเพิ่มขึ้นอย่างมากในความเข้มข้นของแอลกอฮอล์ในเครื่องไวนิลทำให้สารออกซิเดชั่นใหม่ ๆ ไม่สามารถทำได้จาก acetaldehyde" ออสบอร์นกล่าว

ทีมงานของเขาตั้งสมมติฐานว่าเครื่องดื่มแอลกอฮอล์ไวนิลอาจจะถูกออกซิไดซ์เพื่อให้กรดฟอร์มิกเป็นทางเดินที่สนับสนุนการคำนวณทางทฤษฎีล่าสุดที่ทำนายอัตราคงที่สำหรับกระบวนการนี้ ด้วยรายละเอียดในเชิงทดลองและทฤษฎีในมือผู้ทำงานร่วมกันของออสบอร์อาจเพิ่มคุณสมบัติทางเคมีดังกล่าวกับรูปแบบของบรรยากาศในโลกและในระดับโลกเพื่อดูว่าอาจทำให้ความเข้มข้นของกรด formic เพิ่มขึ้นได้อย่างไร

"สารเคมีใหม่นี้ผลิตกรดฟอร์มิคเพิ่มเติมประมาณ 3.4 พันล้านตันต่อปีในรูปแบบนี้ แต่มันมีเพียง 7 เปอร์เซ็นต์ของกรดฟอร์มิกในรูปแบบของโลก" ออสบอร์นกล่าว "นี่ไม่เพียงพอที่จะแก้ปัญหาความลึกลับของแหล่งที่มาที่ขาดหายไปของกรดฟอร์มิกที่ทำให้โมเดลไม่เห็นด้วยกับการทดลองอย่างไรก็ตามเคมีใหม่นี้คิดเป็นสัดส่วนมากกว่าร้อยละ 50 ของการผลิตกรดฟอร์มิเนชั่นทั้งหมดที่เกิดขึ้นเหนือมหาสมุทรแปซิฟิคและมหาสมุทรอินเดีย ผลที่ไม่คาดคิดอย่างสมบูรณ์และอาจอธิบายต้นกำเนิดที่ทำให้งงงันของกรดฟอร์มิกับมหาสมุทรเปิด.

ความสำคัญของการผลักดันความสมดุลในอดีต

ตั้งแต่ปีพ. ศ. 2542 ออสบอร์นได้สำรวจกลไกของปฏิกิริยาเคมีในขั้นตอนของแก๊สในสถานที่ของ Sandia's Combustion Research Facility อุณหภูมิสูงที่เกิดขึ้นในการเผาไหม้ในทางปฏิบัติทำให้พื้นดินอุดมสมบูรณ์เพื่อทดสอบคำถามพื้นฐานเกี่ยวกับปฏิกิริยาเคมี การปรับปรุงความเข้าใจพื้นฐานของการเปลี่ยนแปลงทางเคมีโดยตรงตรงกับเป้าหมายของ Department of Energy ที่ครอบคลุมสาขาเช่นความสามารถในการเปลี่ยนพลังงานในทางที่ควบคุมได้ระหว่างอ่างเก็บน้ำไฟฟ้าเคมีและจลนพลศาสตร์

ออสบอร์นกล่าวว่า "งานวิจัยชิ้นนี้แสดงให้เห็นว่าโฟตอนสามารถผลักดันระบบให้ห่างไกลจากความสมดุลสร้างเส้นทางทางเคมีใหม่ ๆ ที่จะช่วยให้สามารถควบคุมการเปลี่ยนแปลงพลังงานได้ดียิ่งขึ้นแม้ในสภาพแวดล้อมที่มีการชนแบบสุ่มหลาย ๆ ครั้งเพื่อสร้างสมดุลใหม่"

การวิจัยยังแสดงให้เห็นว่าวิทยาศาสตร์ขั้นพื้นฐานของ DOE สามารถมีผลกระทบที่ไม่คาดคิดในด้านอื่น ๆ ที่มีความสำคัญต่อสังคมเช่นเคมีในชั้นบรรยากาศได้อย่างไร

menu
menu