중성자는 애매한 탄산의 결정 구조를 노출
모두가 그것을 알고 있다고 믿지만, 그것은 화학에서 가장 큰 비밀 중 하나인 탄산으로 남아 있습니다. 지금까지 아무도 수소, 산소, 탄소로 이루어진 화합물의 분자 구조를 H로 본 적이 없었다.2CO 3. 이 화합물은 적어도 지구 표면에서 물과 이산화탄소로 빠르게 분해되거나 반응하여 역시 분해되는 물질인 탄산수소염을 형성합니다.
그것은 미네랄 워터와 샴페인에 탄산을 주는 것입니다."사람들은 눈에 보이지 않는 것은 믿지 않기 때문에 화학 서적에서는 일반적으로 탄산이 존재하지 않거나 적어도 절대적으로 확실하게 분리할 수 없다고 주장합니다."RWTH Aachen의 무기 화학 연구소 소장인 리차드 드론스코브스키 교수는 말합니다.
RWTH와 중국 선전에 있는 호프만 학회 ~을 위한 고급의 재료 (하이암 )의 팀과 함께 그는 이제 처음으로 결정질 탄산을 생산하고 그 구조를 분석하는 데 성공했습니다. 그래서 교과서를 다시 쓸 때입니다.
연구원들은 화합물의 존재를 증명하는 데 8년이 걸렸습니다."우리의 컴퓨터 기반 계산은 처음에 물과 이산화탄소로부터 탄산 결정이 형성되기 위해서는 약 20,000기압의 압력과 결합된 영하 100°C의 온도를 생성해야 한다는 것을 보여주었습니다. 그래서 우리는 이러한 극한 조건을 견딜 수 있는 장치를 설계하고 제작해야 했습니다."Dronskowski는 말합니다.
향수병보다 크지 않은 측정 셀의 벽은 특수 제작된 합금으로 구성됩니다. 다이아몬드 창을 통해 연구원은 내부를 볼 수 있습니다. 이 셀에서 냉동수와 이산화탄소 드라이아이스의 혼합물이 모루로 압력을 받습니다. 이러한 극한 조건에서 결정이 실제로 형성되었습니다.
중성자를 사용하여 더 잘 보기
결정의 구성과 구조에 대해 자세히 알아보기 위해 팀은 측정 셀을 뮌헨의 FRM II로 가져갔습니다."조사를 위해 중성자 빔이 필요했습니다."Dronskowski는 회상합니다.
"X선은 원자의 전자와 상호 작용합니다. 그러나 중성자는 핵과 상호 작용합니다. 결과적으로 전자를 하나만 포함하는 수소와 같이 매우 가벼운 원자도 볼 수 있게 만드는 데 사용할 수 있습니다. 우리의 결정에는 수소가 포함되어 있기 때문에 그것은 우리에게 필수적이었습니다. 우리는 분자에서 수소 원자가 어디에 있는지 알아야 했습니다."
중성자 빔을 사용하여 결정의 원자 구조를 조사하려면 스트레스 -투기 회절계와 같은 매우 민감한 측정 장비가 필요합니다. 결정 격자에 대한 응력의 변위 효과를 측정하기 위해 개발되었습니다. 측정을 위해 모노크로메이터를 사용하여 FRM II 연구용 원자로에서 방출되는 중성자 빔에서 특정 파장을 선택합니다.
텀 연구원이자 FRM II 그룹 리더인 남자 이름 호프만 박사는 다음과 같이 설명합니다."이를 통해 매우 높은 분해능으로 매우 적은 양의 샘플을 연구할 수 있습니다. 단지 몇 세제곱 밀리미터의 부피를 가진 Aachen의 샘플 분석에 이상적이었습니다."
단색화된 중성자 빔이 결정에 충돌하면 원자와의 상호 작용을 통해 편향됩니다. 이것은 적어도 이론적으로는 결정 격자의 구조를 추론할 수 있는 회절 패턴을 생성합니다.
구조 퍼즐
"실제적으로 측정 데이터의 분석은 실제적인 도전이었습니다."Dronskowski는 말합니다. 연구원들은 알고리즘으로 수천 가지의 구조적 가능성을 식별하고 실험 결과와 비교하여 확인하는 데 2년 이상이 걸렸습니다. 이 접근 방식을 통해 그들은 궁극적으로 측정 셀 내부에서 형성된 결정의 구조를 식별하는 데 성공했습니다. 그들은 실제로 H로 구성됩니다.2CO 3 ;낮은 대칭성을 형성하는 수소 결합으로 연결된 분자"단사"구조.
"우리의 작업은 주로 근본적인 연구였습니다. 화학자들은 이것만 알면 됩니다. 그들은 스스로를 도울 수 없습니다. 그러나 이제 우리는 탄산이 형성되는 조건을 알고 있으므로 실제 적용을 상상할 수 있습니다."Dronskowski는 말합니다.
예를 들어, 먼 행성이나 달에서 미량의 탄산을 탐지하는 우주론자들은 그곳의 조건에 대한 결론을 내릴 수 있을 것입니다. 결과는 지구 공학에도 흥미로울 수 있습니다. 예를 들어, 이제 이산화탄소가 지하의 습한 조건에서 고압에 놓일 때 탄산 결정이 형성되는 시기를 계산할 수 있습니다.
이 연구는 ;무기물.
