. února 2008

Všechny Sám, Amoniak a chlorovodík Použití Negativitu, Aby se Připojené

životní Prostředí elektrony stimulovat acidobazická reakce

elektron navíc pomáhá NH3 narazit na HCl (nahoře uprostřed) a vytáhněte vodíku z jeho chloridu sodného. Tím se vytvoří chlorid amonný zdobený elektrony, iontová sůl (vpravo dole). Extra elektron může dočasně najít cestu do molekuly amoniaku (vlevo dole) a vytvořit rydbergův radikál. Kredit: Maciej Haranczyk. Zvětšené Zobrazení

Elektrony—bitů negativní energie, která vás šok, když se dotknete kliky dveří—urychlit chemické reakce mezi kyselinou a bází, podle nových výsledků v časopise Science. Zjištění mohou vědcům jednou pomoci přesně řídit chemii v systémech od biologie po energetické technologie.

tým experimentálních a teoretických chemiků ze tří výzkumných institucí používá jednoduchý kyseliny a báze, chlorovodíku a amoniaku, aby prošetřila, jak dva reagují za vzniku produktu chlorid amonný bez pomoci ze svého okolí. Výsledek ukázal, že dodání nebo odebrání elektron navíc—ani jeden už s bydlištěm v molekulách—může se reakce jdou od kyseliny a báze na neutrální molekuly nebo zase zpátky.

„snem chemiků je kontrolovat chemické reakce,“ říká spoluautor Greg Schenter z Pacific Northwest National Laboratory. Dodává spoluautor Maciej Gutowski, dříve PNNL a teď na Heriot-Watt University v Edinburghu, UK, „chceme, aby se reakce uskutečnila, když chceme, aby se to stalo, a jít spolu určitou chemickou cestou.“

„můžeme to použít k získání vodíku z pevného stavu, jako u materiálů pro skladování vodíku,“ říká Schenter. Pokud ano, mohlo by to vést k ekonomickým, bezpečným a praktickým automobilům poháněným vodíkem. Zásadní výsledek by mohl pomoci osvětlit i biologické reakce, například když záření poškozuje DNA v buňkách, říká spoluautor Kit Bowen z univerzity Johnse Hopkinse.

“ jeho hodnota v mé mysli je, že tato reakce je jednoduchý prototyp. Tam jsou některé velmi komplikované reakce, které se vyskytují tímto způsobem, “ Bowen říká. „Ukazuje také, že účinky na životní prostředí jsou v reaktivitě velmi důležité.“

reakce je běžná v každodenním životě. Například, mnoho lidí ví, že nebude míchat čistič na okna a wc mísa čistší: sloučeniny v každém reagovat, někdy se dává z nebezpečné výpary a opuštění chloridu amonného v jejich brázdě. Ale to, co mnoho lidí neví, je, že pokud vezmete jen jednu molekulu každého z potížistů, amoniak a chlorovodík, oba prostě nemohou dostat svůj čin dohromady.

ve vodě je reakce mezi amoniakem (NH3) a chlorovodíkem (HCl) učebnicovým příkladem acidobazické chemie. Svou chemickou povahou dusík v amoniaku upřednostňuje připojení ke čtyřem vodíkům, spíše než k pouhým třem, které má,takže krade vodík z chlorovodíku.

krádež ponechává chlorid samotný a negativní. Molekula dusíku (nyní nazývaná amonium) však získala kladný náboj z ukradeného vodíku, a to přitahuje chlorid. Přitažlivost není tak silná jako kovalentní vazba mezi dusíkem a jeho fanouškovskou základnou, ale amonium a chlorid tvoří iontovou vazbu, která se tvoří, když protiklady přitahují. Pro chemika to vypadá jako NH4+Cl -.

ale to je v davu, ne tak v soukromí. Předchozí výzkum ukázal, že když jedna molekula amoniaku existuje izolovaně s jednou molekulou chlorovodíku, nic se neděje. K dispozici jsou všechny potřebné klasické komponenty: pozitivní vodíky (také nazývané protony) a negativní elektrony, ale přesto se nic neděje. Vědci již dlouho předpokládali, že další elektrony plovoucí v prostředí s velkým objemem by mohly nějak pomoci molekulám amoniaku a chlorovodíku reagovat. Pokud ano, chlorid amonný v přírodě by opravdu vypadal jako -.

„Extra elektrony jsou všude,“ říká výpočetní chemik Schenter. „Když si do vlasů vtíráte balón, srazíte elektrony z vlasů a povrchu balónu a dostanete statickou elektřinu. Nemůžeš od nich utéct.“

Chcete-li otestovat myšlenku, experimentátoři, vedeni fyzickým chemikem Bowenem, museli provést reakci obráceně. Nejprve vytvořili molekulu chloridu amonného zdobenou extra elektronem, -. Pomocí paprsku světla pak změřili, jak snadno různé barvy světla tento elektron srazily. Ztráta elektronu zanechává offkilter NH4+Cl -, který se okamžitě přeskupí do útulného páru, NH3 a HCl.

s počítačovými programy vyvinutými pro pochopení podstaty chemické vazby a struktury v USA. Laboratoř environmentálních molekulárních věd ministerstva energetiky v kampusu PNNL, tým teorie a modelování vzal tato data a použil je k posouzení, jak blízko je chloridový vodík k dusíku amoniaku, když je další elektron kolem. Výsledný obrázek ukázal, jak ztráta přebytečného elektronu může způsobit přeměnu amoniaku a chlorovodíku na chlorid amonný.

„je to jako přepínač,“ říká Schenter. „V přítomnosti elektronů se chová jedním způsobem. Bez elektronů se chová jinak.“

vědci vyřešili i další hádanku. Chemici dlouho přemýšleli o této interakci mezi tímto útulným párem, jednou molekulou amoniaku a jednou molekulou chlorovodíku. Vazba může být buď iontové povahy, nebo spíše jako vodíková vazba, slabší než iontové i kovalentní vazby, ale s charakteristikami každého z nich. Porovnáním údajů v nepřítomnosti a přítomnosti elektronů, teoretické tým určuje typy opatření, dusíku, vodíku a chloridu mohl být. Z nich dospěli k závěru, že molekuly vytvořily vodíkovou vazbu.

pochopení reakce přináší naději, že chemie bude mít čistou budoucnost. „Pokud dokážete řídit reakci, můžete pracovat bezpečným a ekologickým způsobem,“ říká Gutowski.

poděkování: tato práce byla podpořena Národní vědeckou nadací a Ministerstvem energetiky pro základní energetické vědy a biologické & environmentální výzkum, součást Úřadu pro vědu.

Citace: Eustis, SN, D Radisic, KH Bowen, RA Bachorz, M Haranczyk, GK Schenter, M Gutowski. 2008. „Elektronem Řízená Acidobazická Chemie: Přenos protonů z chlorovodíku na amoniak, “ věda 319, 936.