2008. február

Egyedül, Ammónia, Hidrogén-Klorid Használata Negativitás, Hogy nem kötődsz

a Környezetvédelmi elektronok serkentik a sav-bázis reakciók

Egy extra elektron segít NH3 bump akár egy HCl (felső, középső), majd húzza a hidrogén a-klorid. Ez létrehoz egy elektronnal díszített ammónium-kloridot, egy ionos sót (jobb alsó rész). Az extra elektron átmenetileg bejuthat az ammónium molekulába (bal alsó rész), amely Rydberg gyököt képez. Hitel: Maciej Haranczyk. Nagyított nézet

elektronok-negatív energia bitjei, amelyek megrázzák Önt, amikor megérinti az ajtófogantyút—ösztönözze a kémiai reakciót egy sav és egy bázis között, a Science folyóirat Új eredményei szerint. Az eredmények segíthetnek a kutatóknak egy nap pontosan ellenőrizni a kémiát a biológiától az energiatechnológiáig terjedő rendszerekben.

három Kutatóintézet kísérleti és elméleti vegyészcsoportja egy egyszerű savat és bázist, hidrogén-kloridot és ammóniát használt annak vizsgálatára, hogy a kettő hogyan reagál a termék ammónium-klorid előállítására a környezetük segítsége nélkül. Az eredmény azt mutatta, hogy egy extra elektron szállítása vagy eltávolítása—amely még nem rendelkezik a molekulákban—a reakciót savból, bázisból semleges molekulába vagy vissza tudja vinni.

“a vegyészek álma a kémiai reakciók ellenőrzése” – mondja Greg Schenter, a Pacific Northwest Nemzeti Laboratórium társszerzője. Hozzáteszi coauthor Maciej Gutowski, korábban a PNNL, most pedig a Heriot-Watt Egyetem Edinburgh, Egyesült Királyság, “azt akarjuk, hogy a reakció, hogy megtörténjen, amikor azt akarjuk, hogy ez megtörténjen, és hogy menjen végig egy bizonyos kémiai úton.”

“ezt felhasználhatjuk a hidrogén szilárd állapotból történő kivonására, mint például a hidrogéntároló anyagokban” – mondja Schenter. Ha igen, az Gazdasági, biztonságos és praktikus hidrogénüzemű autókhoz vezethet. Az alapvető eredmény segíthet a biológiai reakciók megvilágításában is, például amikor a sugárzás károsítja a DNS-t a sejtekben-mondja Kit Bowen, a Johns Hopkins Egyetem társszerzője.

” az érték a fejemben, hogy ez a reakció egy egyszerű prototípus. Vannak nagyon bonyolult reakciók, amelyek így fordulnak elő ” – mondja Bowen. “Azt is mutatja, hogy a környezeti hatások nagyon fontosak a reaktivitásban.”

a reakció gyakori a mindennapi életben. Például sokan tudják, hogy nem keverik össze az ablaktisztítót és a vécécsészét: a vegyületek mindegyikben szeretnek reagálni, néha veszélyes füstöket bocsátanak ki,és ammónium-kloridot hagynak maguk után. De amit sokan nem tudnak, hogy ha csak egy molekulát veszünk be, az ammónia és a hidrogén-klorid, akkor a kettő egyszerűen nem tudja összeszedni magát.

vízben az ammónia (NH3) és a hidrogén-klorid (HCl) közötti reakció a sav-bázis kémia tankönyvi példája. Kémiai jellege miatt az ammónia nitrogénje inkább négy hidrogénhez kapcsolódik, mint a puszta háromhoz, így ellopja a hidrogént a hidrogén-kloridból.

a lopás egyedül hagyja a kloridot és negatív. De a nitrogénmolekula (ma ammónium) pozitív töltést kapott az ellopott hidrogéntől, ami vonzza a kloridot. A vonzás nem olyan erős, mint a kovalens kötés a nitrogén és a fan bázis között, de az ammónium és a klorid ionos kötést képez, amely akkor alakul ki, amikor az ellentétek vonzódnak. Egy kémikus számára ez úgy néz ki, mint az NH4 + Cl-.

de ez a tömegben van, nem így négyszemközt. Korábbi kutatások kimutatták, hogy ha egy ammónia molekula létezik egy hidrogén-klorid molekulával elkülönítve, semmi sem történik. Minden szükséges, klasszikus összetevő ott van: pozitív hidrogének (más néven protonok) és negatív elektronok, de mégsem történik semmi. A kutatók már régóta gyanítják, hogy a nagy térfogatú környezetben lebegő további elektronok valahogy segíthetik az ammónia és a hidrogén-klorid molekulák reakcióját. Ha igen, az ammónium-klorid a természetben valóban úgy néz ki, mint -.

“Az Extra elektronok mindenütt megtalálhatók” – mondja schenter számítástechnikai vegyész. “Amikor egy léggömböt dörzsölsz a hajadba, elektronokat ütsz le a hajadról és a ballon felületéről, és statikus elektromosságot kapsz. Nem menekülhetsz el tőlük.”

az ötlet teszteléséhez a kísérletezőknek Bowen fizikai kémikus vezetésével fordított reakciót kellett végrehajtaniuk. Először létrehoztak egy molekula ammónium-klorid díszített extra elektron, -. Egy fénysugár segítségével megmérték, hogy a fény különböző színei milyen könnyen leütötték az elektronot. Az elektron elvesztése egy offkilter NH4 + Cl-t hagy maga után, amely azonnal átalakul egy hangulatos párba, az NH3-ba és a HCl-be.

olyan számítógépes programokkal, amelyek a kémiai kötődés és szerkezet természetének megértésére lettek kifejlesztve az USA-ban. A PNNL campus Environmental Molecular Sciences laboratóriuma, az elmélet és modellező csapat vette az adatokat, és arra használta fel, hogy felmérje, a klorid hidrogént mennyire közelíti meg az ammónia nitrogénje, amikor az extra elektron körül van. Az eredményül kapott kép azt mutatta, hogy a felesleges elektron elvesztése ammóniát és hidrogén-kloridot okozhat ammónium-kloriddá.

“olyan, mint egy kapcsoló” – mondja Schenter. “Elektronok jelenlétében egy módon viselkedik. Elektronok nélkül más módon viselkedik.”

a kutatók egy másik rejtvényt is megoldottak. A kémikusok már régóta csodálkoznak azon a kölcsönhatáson, ami a barátságos pár között van, egy molekula ammónia és egy molekula hidrogén-klorid. A kötés lehet Ionos jellegű, vagy inkább hidrogénkötéshez hasonlít, gyengébb, mint mind az ionos, mind a kovalens kötések, de mindegyik jellemzőivel. Az elektronok hiányában és jelenlétében végzett adatok összehasonlításával az elméleti csapat meghatározta, hogy milyen típusú elrendezésekben lehet a nitrogén, a hidrogének és a klorid. Ezekből arra a következtetésre jutottak, hogy a molekulák hidrogénkötést képeztek.

a reakció megértése reményt ad arra, hogy a kémiának tiszta jövője lesz. “Ha ellenőrizni tudja a reakciót, biztonságos, környezetbarát módon működhet” – mondja Gutowski.

& Környezetkutatás, a tudományos Hivatal része.

idézet: Eustis, SN, D Radisic, KH Bowen, RA Bachorz, M Haranczyk, gk Schenter, M Gutowski. 2008. “Elektron-Vezérelt Sav – Bázis Kémia: Proton transzfer hidrogén-kloridból ammóniába, ” tudomány 319, 936.