February2008

All Alone,Ammonia and Hydrogen Chloride Use Negativity To Get Attached

環境電子は酸-塩基反応を刺激する

余分な電子は、Nh3がHcl（上の真ん中）にぶつかり、その塩化物から水素を引き出すのに役立ちます。 これは、電子で飾られた塩化アンモニウム、イオン塩（右下）を作成します。 余分な電子は一時的にアンモニウム分子（左下）に入り、Rydbergラジカルを形成することがある。 クレジット：Maciej Haranczyk。 拡大図

電子—ドアハンドルに触れると衝撃を与える負のエネルギーのビット—酸と塩基の間の化学反応を促進する、ジャーナルサイエンスの新しい結果に この発見は、生物学からエネルギー技術に至るまでのシステムにおける化学を正確に制御する研究者にいつか役立つかもしれません。

三つの研究機関からの実験と理論化学者のチームは、単純な酸と塩基、塩化水素とアンモニアを使用して、二つがどのように反応して周囲の助けなしに製品塩化アンモニウムを形成するかを調査した。 その結果、分子に既に存在する電子ではない余分な電子を供給または除去すると、反応が酸および塩基から中性分子に戻るか、または再び戻ることが 「化学者の夢は化学反応を制御することです」と、Pacific Northwest National Laboratoryの共著者Greg Schenter氏は述べています。 共著者Maciej Gutowskiは、以前はPNNLで、現在は英国のエジンバラのHeriot-Watt大学で、「私たちは、それが起こりたいときに反応が起こり、特定の化学経路に沿って進むことを望「水素貯蔵材料のように、これを使用して固体状態から水素を取り出すことができるかもしれません」とSchenter氏は言います。 もしそうなら、それは経済的で安全で実用的な水素燃料自動車につながる可能性があります。 基本的な結果は、放射線が細胞内のDNAを損傷するときなど、生物学的反応を照らすのに役立つ可能性がある、とジョンズ-ホプキンス大学の共著者Kit Bowenは言 “私の心の中でその値は、この反応は、単純なプロトタイプであるということです。

” このようにして起こる非常に複雑な反応がいくつかあります」とBowen氏は言います。 「それはまた、環境影響が反応性において非常に重要であることを示しています。”

反応は日常生活では一般的です。 例えば、多くの人々は窓の洗剤および便器の洗剤を混合しないことを知っている:各の混合物は反応するのを好み、時々危ない発煙を放ち、そして彼らの航跡に塩化アンモニウムを残す。 しかし、多くの人が知らないのは、トラブルメーカー、アンモニアと塩化水素のそれぞれを一つの分子だけ取ると、二人は一緒に行動することができないとい 水中では、アンモニア（NH3）と塩化水素（HCl）との反応は、酸-塩基化学の教科書の例です。

その化学的性質により、アンモニア中の窒素は、それが有する単なる3つではなく4つの水素に結合することを好むので、塩化水素から水素を盗む。

盗難は塩化物だけで負のままになります。 しかし、窒素分子（現在はアンモニウムと呼ばれています）は盗まれた水素から正の電荷を得ており、それは塩化物を引き付けます。 この引力は、窒素とそのファンベースとの間の共有結合ほど強くはないが、アンモニウムと塩化物はイオン結合を形成し、反対側が引き付けるときに形成される。 化学者には、これはNH4+Cl-のように見えます。 しかし、それは群衆の中にあり、プライベートではそうではありません。

これまでの研究では、1つのアンモニア分子が1つの塩化水素分子と分離して存在すると、何も起こらないことが示されています。 すべての必要な、古典的なコンポーネントがあります: 正の水素（陽子とも呼ばれる）と負の電子が、それでも、何も起こりません。 研究者は長い間、大量の環境に浮遊する追加の電子が何らかの形でアンモニアと塩化水素分子が反応するのを助けることができると疑ってきた。 もしそうなら、自然の中で塩化アンモニウムは本当にのようになります-。

“余分な電子はどこにでもあります”と計算化学者Schenterは言います。 “あなたの髪に風船をこするとき、あなたはあなたの髪と風船の表面から電子をノックし、あなたは静電気を取得します。 あなたは彼らから離れることはできません。”

アイデアをテストするために、物理化学者ボーエン率いる実験者は、逆に反応をしなければならなかった。 最初に、彼らは余分な電子で飾られた塩化アンモニウムの分子を作成しました、-。 光のビームを使用して、彼らはその後、光の異なる色がその電子をオフにノックどのように簡単に測定しました。 電子を失うことは、すぐに居心地の良いペア、NH3とHClに再配置offkilter NH4+Cl-の後ろに残します。

米国での化学結合と構造の性質を理解するために開発されたコンピュータプログラムで PNNLキャンパスにあるエネルギー省の環境分子科学研究室では、理論とモデリングチームがそのデータを取り、余分な電子が周りにあるときに塩化物の水素がアンモニアの窒素にどれだけ密接に傾いているかを測定するためにそれを使用しました。 得られた写真は、余剰電子を失うと、アンモニアと塩化水素が塩化アンモニウムに変換することができる方法を示した。 “それはスイッチのようなものです”とSchenter氏は言います。 「電子の存在下では、それは一方的に振る舞います。 電子がなければ、それは別の方法で動作します。”

研究者は別の謎も解決しました。 化学者は、その居心地の良い対、アンモニアの一分子と塩化水素の一分子との間のその相互作用について長い間疑問に思ってきました。 結合は、本質的にはイオン性であるか、または水素結合のようなものであり、イオン結合および共有結合の両方よりも弱いが、それぞれの特性を有する。 電子が存在しない場合と存在しない場合のデータを比較して、理論チームは、窒素、水素、および塩化物が存在する可能性のある配置の種類を決定した。 これらから、彼らは分子が水素結合を形成したと結論づけた。 反応を理解することは、化学がきれいな未来を持つことを願っています。

「反応を制御できれば、安全で環境に優しい方法で操作することができます」とGutowski氏は言います。

謝辞：この作業は、国立科学財団とエネルギー省の基礎エネルギー科学と生物学のオフィスによってサポートされていました&環境研究、

引用：Eustis、SN、D Radisic、KH Bowen、RA Bachorz、M Haranczyk、GK Schenter、M Gutowski。 2008. “電子駆動型酸-塩基化学: 塩化水素からアンモニアへのプロトン移動、”Science319、936。