Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Nowa forma węgla wytrzymała jak diament
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Ciekawostki
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Węgiel, jeden z najbardziej rozpowszechnionych pierwiastków we wszechświecie, jest podstawowym budulcem organizmów żywych. Cieszy się więc szczególnym zainteresowaniem naukowców. Wiemy, że struktura krystaliczne węgla ma wpływ na jego właściwości. Naukowcy obliczyli, że przy ciśnieniu przekraczającym 1000 GPa powinno dojść do zmiany struktury atomowej tego pierwiastka. Naukowcy z Oksfordu i LLNL poddali właśnie węgiel rekordowemu ciśnieniu 2000 GPa. To 5-krotnie więcej niż w jądrze Ziemi. Takie ciśnienie może panować we wnętrzach niektórych egzoplanet.
Odkryliśmy, że – ku naszemu zaskoczeniu – w takich warunkach nie doszło do żadnej przewidywanej zmiany fazy w węglu. Zachował on swoją krystaliczną strukturę do najwyższego ciśnienia, jakiemu go poddaliśmy. Te same ultrasilne wiązania, które są odpowiedzialne za to, że przy ciśnieniu atmosferycznym diament bezterminowo zachowuje swoją strukturę, prawdopodobnie zapobiegają zmianie fazy przy ciśnieniu przekraczającym 1000 GPa, mówi główna autorka badań, fizyk Amy Jenei z Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL).
Eksperymenty były prowadzone w ramach programu Discovery Science, dzięki któremu zewnętrzne zespoły badawcze mają łatwy dostęp do jednego z flagowych ośrodków LLNL – National Ignition Facility (NIF).
Profesor Justin Wark z University of Oxford, który odpowiadał za teoretyczną część badań stwierdził, że, prowadzony przez NIF projekt Discovery Science przynosi olbrzymie korzyści środowisku akademickiemu. Nie tylko daje nam możliwość przeprowadzenia eksperymentów, których nigdzie indziej przeprowadzić się nie da, ale – co bardzo ważne – daje studentom, którzy przecież w przyszłości będą naukowcami, szansę pracy w unikatowej jednostce badawczej.
Podczas eksperymentów, w których udział brali też naukowcy z University of Rochester i University of York, wykorzystano wysokoenergetyczne źródło laserów w NIF do poddania stałej formy węgla ciśnieniu sięgającemu 2000 GPa. Strukturę próbki badano za pomocą rentgenografii strukturalnej. Jednocześnie niemal 2-krotnie pobito rekord ciśnienia, przy którym wykorzystano tę technikę.
Badania wykazały, że nawet przy tak ekstremalnych ciśnieniach węgiel zachował swoją strukturę, co wskazuje na istnienie wysokoenergetycznych barier zapobiegających przejściu fazowemu. Wciąż otwarte pozostaje pytanie, czy we wnętrzach egzoplanet istnieje mechanizm pozwalający przezwyciężyć tę barierę i umożliwiający pojawienie się przewidywanych form węgla. Potrzebne są kolejne badania z wykorzystaniem alternatywnych metod kompresji lub innej formy węgla, wymagającej mniejszych energii do wywołania zmiany struktury.
O wynikach badań poinformowano na łamach Nature.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Oceany są tak czułe na poziom dwutlenku węgla w atmosferze, że zmniejszenie jego emisji szybko prowadzi do mniejszego pochłaniania go przez wodę. Autorzy najnowszych studiów uważają, że w bieżącym roku oceany pochłoną mniej CO2, gdyż w związku z epidemią COVID-19 ludzkość mniej go wyemitowała.
Galen McKinley z należącego do Columbia University Lamont-Doherty Earth Observatory uważa, że w bieżącym roku oceany nie będą kontynuowały obserwowanego od wielu lat trendu, zgodnie z którym każdego roku pochłaniają więcej węgla niż roku poprzedniego. Nie zdawaliśmy sobie sprawy z tego zjawiska, dopóki nie przeprowadziliśmy badań na temat wymuszania zewnętrznego. Sprawdzaliśmy w ich ramach, jak zmiany wzrostu koncentracji atmosferycznego dwutlenku węgla wpływają na zmiany jego pochłaniania przez ocean. Uzyskane wyniki nas zaskoczyły. Gdy zmniejszyliśmy emisję i tempo wzrostu koncentracji CO2, oceany wolniej go pochłaniały.
Autorzy raportu, którego wyniki opublikowano właśnie w AGU Advances, chcieli sprawdzić, co powoduje, że w ciągu ostatnich 30 lat oceany pochłaniały różną ilość dwutlenku węgla. Takie badania pozwalają lepiej przewidywać zmiany klimatyczne i reakcję oceanów na nie.
Oceany są tym środowiskiem, które absorbuje największą ilość CO2 z atmosfery. Odgrywają więc kluczową rolę w ochronie planety przed ociepleniem spowodowanym antropogeniczną emisją dwutlenku węgla. Szacuje się, że oceany pochłonęły niemal 40% całego CO2 wyemitowanego przez ludzkość od początku epoki przemysłowej. Naukowcy nie rozumieją jednak, skąd bierze się zmienne tempo pochłaniania węgla. Od dawna zastanawiają się np., dlaczego na początku lat 90. przez krótki czas pochłaniały więcej CO2, a później tempo pochłaniania zwolniało do roku 2001.
McKinley i jej koledzy wykorzystali różne modele za pomocą których sprawdzali i analizowali różne scenariusza pochłaniania dwutlenku węgla i porównywali je z tym, co działo się w latach 1980–2017. Okazało się, że zmniejszenie pochłaniania dwutlenku węgla w latach 90. najlepiej można wyjaśnić przez zmniejszenie jego emisji. W tym bowiem czasie z jednej strony poprawiono wydajność procesów przemysłowych i doszło do upadku ZSRR, a gospodarki jego byłych satelitów przeżywały poważny kryzys. Stąd spowolnienie pochłaniania w latach 90. Skąd zaś wzięło się krótkotrwałe przyspieszenie tego procesu na początku lat 90? Przyczyną była wielka erupcja wulkanu Pinatubo na Filipinach z roku 1991.
Jednym z kluczowych odkryć było stwierdzenie, że takie wydarzenia jak erupcja wulkanu Pinatubo mogą odgrywać ważną rolę w zmianach reakcji oceanów na obecność węgla w atmosferze, wyjaśnia współautor badań Yassir Eddebbar ze Scripps Institution of Oceanography.
Erupcja Pinatubo była drugą największą erupcją wulkaniczną w XX wieku. Szacuje się, że wulkan wyrzucił 20 milionów ton gazów i popiołów. Naukowcy odkryli, że z tego powodu w latach 1992–1993 oceany pochłaniały więcej dwutlenku węgla. Później ta ilość zaczęła spadać i spadała do roku 2001, kiedy to ludzkość zwiększyła emisję, co pociągnęło za sobą też zwiększenie pochłaniania przez oceany.
McKinley i jej zespół chcą teraz bardziej szczegółowo zbadać wpływ Pinatubo na światowy klimat i na oceany oraz przekonać się, czy rzeczywiście, zgodnie z ich przewidywaniami, zmniejszenie emisji z powodu COVID-19 będzie skutkowało zmniejszeniem pochłaniania CO2.
Uczona zauważa, że z powyższych badań wynika jeszcze jeden, zaskakujący wniosek. Gdy obniżymy antropogeniczną emisję dwutlenku węgla, oceany będą mniej go wchłaniały, więc nie będą kompensowały emisji w tak dużym stopniu jak w przeszłości. Ten dodatkowy, niepochłonięty przez oceany, węgiel pozostanie w atmosferze i przyczyni się do dodatkowego ocieplenia.
Musimy przedyskutować ten mechanizm. Ludzie muszą rozumieć, że po obniżeniu emisji nastąpi okres, gdy i ocean obniży swoją efektywność jako miejsce pochłaniania węgla, mówi McKinley.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Dzięki „szczęśliwemu wypadkowi” naukowcy z University of Massachusetts w Lowell otrzymali nową stabilną formę węgla. Wydaje się mieć ona wyjątkowe właściwości: jest twardsza od stali, równie dobrze przewodzi prąd, a jej powierzchnia jest połyskliwa jak polerowanego aluminium. Najbardziej zaś zaskakujący jest fakt, iż nowa forma wydaje się ferromagnetykiem i utrzymuje tę właściwość w temperaturach dochodzących do 125 stopni Celsjusza. O odkryciu poinformował fizyk Joel Therrien podczas International Symposium on Clusters and Nanomaterials.
Słuchający jego wystąpienia specjaliści byli podekscytowani, ale i ostrożnie podeszli do tych rewelacji. Qian Wang, fizyk z Uniwersytetu Pekińskiego, stwierdziła: gdy opublikują wyniki swoich badań i zostaną one potwierdzone przez innych, spotka się to z olbrzymim zainteresowaniem. Jeśli materiał ten wykazuje właściwości magnetyczne, to może być bardzo użyteczny przy budowie bioczujników czy nośników leków. Uczona zwraca uwagę, że węgiel jest lżejszy niż inne ferromagnetyki, a ponadto nie jest toksyczny.
Robert Whetten, materiałoznawca z Northern Arizona University, stwierdził, że on dał się przekonać Therrienowi. Przypomina, że gdy w połowie lat 80. ogłaszano odkrycie kulistego fullerenu C60, to spotkało się to z równie dużym sceptycyzmem. Przypomina jednak, że już wcześniej pojawiły się twierdzenia o odkryciu magnetyzmu w czystym węglu, a później okazywało się, iż próbki były zanieczyszczone.
Na razie naukowcom udało się uzyskać jedynie cienkie warstwy nowego materiału, które badali za pomocą mikroskopów elektronowych i spektrometrów rentgenowskich. Wszyscy zwracają uwagę, że potrzebne są kolejne badania.
Sumio Iijima, ekspert od nanomateriałów z Meijo University, który w 1991 roku odkrył węglowe nanorurki mówi, że zaprezentowane dane „nie są wystarczająco dobre”, by przekonać go, iż Amerykanie odkryli nowy alotrop węgla. Chce, by na większej próbce przeprowadzono badania metodą krystalografii rentgenowskiej. Dopiero to pozwoli na określenie struktury materiału.
Therrien mówi, że nowy materiał uzyskano podczas nieudanych próby syntezy pentagrafenu. To teoretycznie przewidywana forma węgla, w której atomy są połączone w kształt pierścieni składających się z pięciu elementów. Dotychczas nikt jej nie uzyskał. Uczony chciał wykorzystać technikę pozwalającą na wymuszenie nietypowej struktury atomowej. Do komory służącej do chemicznego osadzania z fazy gazowej włożył folię miedzianą spełniającą formę katalizatora i podgrzał ją do temperatury około 800 stopni Celsjusza. Zamiast jednak wpompować do środka prosty gaz, jak metan, użył bardziej złożonego 2,2 dimetylbutanu.
Po skończeniu zajęć ze studentami Therrien wrócił do laboratorium i poczuł zapach smoły. Wnętrze komory było pokryte czarnym osadem, jednak na miedzianej folii pojawiła się jasna, błyszcząca warstwa.
Po dwóch latach eksperymentów z różnymi heksanami jego zespół nauczył się odtwarzać uzyskaną substancję na podłożach o grubości do 1 mikrometra i długości kilku centymetrów. Naukowcy twierdzą, że otrzymują w ten sposób pofałdowane warstwy węgla złożone pierścieni, na których składa się 6 lub 12 atomów połączonych wiązaniami kowalencyjnymi.
Podczas wspomnianego sympozjum pokazano film, na którym widać, że zawieszone w kroplach wody kawałki nowego materiału reagują na magnes, a najbardziej sensacyjnym jest stwierdzenie, iż właściwości magnetyczne występują w temperaturze d0 125 stopni, czyli w takim zakresie, w jakim pracują silniki czy komputery. Therrien mówi, że próbowano zarysować nowy materiał za pomocą stali i się nie udało. Zarysowuje go diament. Inną niezwykłą właściwością jest wysoki połysk. Dotychczasowe pomiary wykazały, że materiał odbija ponad 90% światła w zakresach od dalekiego ultrafioletu po połowę podczerwieni.
Nowy materiał przewodzi ładunki elektryczne niemal równie dobrze jak stal, a po poddaniu go powolnemu wyżarzaniu do temperatury 1000 stopni Celsjusza, pojawia się w nim pasmo zabronione, staje się więc półprzewodnikiem.
Naukowcy nie nadali mu jeszcze nazwy.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Na University of Texas w San Antonio (UTSA) dokonano przełomowego odkrycia, które będzie miało olbrzymie znaczenie dla prac nad nowymi lekami. Odkrycie ma związek z fluorem, który tworzy najsilniejsze, po krzemie, wiązania atomowe z węglem.
Fluor, w postaci fluorków, używany jest zarówno do uzdatniania wody pitnej i w pastach do zębów, jak i szeroko stosowany w chemii medycznej do leczenia nowotworów, w antybiotykach, antydepresantach, sterydach i innych lekach. Fluor stosuje się w lekach, gdyż je stabilizuje i zwiększa ich aktywność biologiczną.
Przez wiele lat naukowcy z UTSA badali tiole, organiczne związki chemiczne, odpowiedniki alkoholi. W organizmach ssaków tiole mają wpływ na wiele funkcji biologicznych, jak równowaga energetyczna, przesyłanie sygnałów między komórkami, zdrowie serca, stan układu immunologicznego i neurologicznego. Gdy poziomy tioli są stabilne, jesteśmy generalnie w dobrym stanie zdrowia. Gdy rosną i przez dłuższy czas utrzymują się na podwyższonym poziomie, mogą pojawić się takie choroby jak reumatoidalne zapalenie stawów, nowotwory piersi, choroby Alzheimera i Parkinsona.
Za regulację poziomu tioli odpowiadają dioksygenaza cysteinowa (CDO) i dioksygenaza cystaminowa (ADO). Gdy poziom tioli rośnie, CDO i ADO tworzą wzmacniacze katalizy, które szybko usuwają nadmiar tioli z organizmu. Jako, że nie wiadomo dokładnie, w jaki sposób te wzmacniacze są tworzone, uczeni z UTSA postanowili to zbadać. I wówczas dokonali ważnego odkrycia.
Na potrzeby swoich badań stworzyli nową formę CDO z wyjątkowo silnymi wiązaniami węgiel-fluor. Sądzili, że enzymy nie będą w stanie rozerwać tych wiązań i nie powstanie wzmacniacz. Okazało się jednak, że zmodyfikowane CDO nadal było w stanie rozerwać wiązania i stworzyć katalizator. W ten sposób po raz pierwszy wykazano, że wiązania węgiel-fluor mogą być rozrywane w proteinach na drodze utleniania. To zaś oznacza, że w organizmie człowieka również może zachodzić taki proces.
To bardzo ważne odkrycie. Ponad 20% leków zawiera fluor. Wiązania węgiel-fluor są odporne na procesy metaboliczne w organizmie, przez co zawierający je lek może dłużej w nim przebywać. Fluorek pomaga też lekom na przenikanie przez ściany komórkowe. Od dawna sądzono, że wiązania węgiel-fluor są odporne na zrywanie. Najnowsze odkrycie pokazuje, że tak nie jest, mówi Michael Doyle, dziekan wydziału Chemii Medycznej na UTSA.
Okazuje się zatem, i jest to odkrycie niezwykle ważne dla rozwoju leków, że wiązania C-F mogą być w organizmie mniej trwałe niż sądzono, a tym samym słabiej chronią substancje lecznicze przed procesami metabolicznymi organizmu.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
We wnętrzu Ziemi może znajdować się ponad biliard (1015) ton diamentów. Nie należy jednak spodziewać się, że ludzkość po nie sięgnie. Z badań przeprowadzonych przez naukowców z MIT oraz z innych amerykańskich, francuskich, niemieckich, brytyjskich i chińskich uczelni wyższych wynika, że diamenty znajdują się na głębokości ponad 160 kilometrów pod powierzchnią planety.
Stanowią one część kratonu, najstarszej, utwardzonej części skorupy ziemskiej, która nie ulega już fragmentacji.
Kraton ma kształt odwróconych gór, które mogą sięgać głębokości nawet 320 kilometrów. Naukowcy mówią tutaj o korzeniach kratonu, a diamenty mogą stanowić nawet 2% ich masy. Stąd też szacunki mówiące o biliardzie ton diamentów.
To pokazuje, że diamenty nie są czymś niezwykłym. Z punktu widzenia geologii jest to dość powszechny materiał. Nie możemy po niego sięgnąć, ale wygląda na to, że diamentów jest więcej, niż sądziliśmy, mówi Ulrich Faul z MIT.
Zdaniem Faula i jego kolegów diamenty w kratonie są widoczne w danych z badań sejsmicznych. Takie dane są od dekad zbierane przez wiele instytucji na całym świecie. Podczas badań sejsmicznych wykorzystuje się dźwięk do poznania budowy skorupy ziemskiej. Jako, że fale dźwiękowe poruszają się z różną prędkością zależną od temperatury, gęstości czy składu skał, przez które podróżują, pozwalają na obrazowanie tych skał.
Od lat jednak naukowcy zmagali się z pewną zagadką. otóż wydaje się, że fale dźwiękowe znacznie przyspieszają w korzeniach kratonu. Korzenie te są chłodniejsze i mniej gęste od otoczenia, zatem fale powinny podróżować w nich szybciej, ale nie tak szybko, jak wskazują pomiary. Międzynarodowy zespół naukowy podjął się więc próby wytłumaczenia tego nagłego przyspieszenia.
Najpierw naukowcy, na podstawie dostępnych danych, stworzyli trójwymiarowe modele fal dźwiękowych podróżujących przez główne ziemskie kratony. Następnie w laboratorium, na podstawie modeli komputerowych, badali sposób rozchodzenia się dźwięku w skałach o różnym składzie. Badania wykazały, że istnieje tylko jeden rodzaj skał, w którym fale poruszają się z dokładnie taką prędkością, co w korzeniach kratonu. Skały takie muszą składać się z takiej samej ilości perydotytów i eklogitów oraz z 1–2 procenta diamentów. Taka ilość diamentów zapewnia prędkość dźwięku odpowiadającą tej zmierzonej, a jednocześnie nie wpływa na zmianę gęstości kratonów.
One są jak kawałki drewna unoszące się w wodzie. Kratony są nieco mniej gęste niż ich otoczenie, zatem nie zanurzają się głębiej i dzięki temu zachowały się w nich najstarsze skały. Odkryliśmy, że wystarczy 1–2 procent diamentów, by kratony były stabilne i nie tonęły, mówi Faul.
Odkrycie jest całkowicie zgodne z naszą obecną wiedzą na temat diamentów. Te bowiem powstają we wnętrzu Ziemi, gdzie panuje wysokie ciśnienie i wysoka temperatura. Na powierzchnię wydostają się w wyniku erupcji wulkanów. Erupcje te tworzą kominy wulkaniczne z kimberlitu. W znaczniej mierze kimberlitowe kominy wulkaniczne występują tam, gdzie występuje kratom.
To dowód pośredni, ale by go zdobyć połączyliśmy wszystkie elementy układanki. Rozważaliśmy wszystkie możliwe scenariusze i to jedyne logiczne wyjaśnienie, zapewnia Faul.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.