februar 2008

Helt Alene, Ammoniakk Og Hydrogenklorid Bruk Negativitet For Å Få Festet

Miljø elektroner stimulere syre-base reaksjoner

En Ekstra Elektron Hjelper Nh3 Bump Opp Til En Hcl (øverste midten) Og Trekke Hydrogen Fra Sin Klorid. Dette skaper et elektron-utsmykket ammoniumklorid, et ionisk salt (nederst til høyre). Den ekstra elektronen kan finne sin vei midlertidig inn i ammoniummolekylet (nederst til venstre), og danner Et Rydbergradikal. Kreditt: Maciej Haranczyk. Forstørret Visning

Elektroner-biter av negativ energi som sjokkerer deg når du berører et dørhåndtak-anspore den kjemiske reaksjonen mellom en syre og en base, ifølge nye resultater I tidsskriftet Science. Funnene kan hjelpe forskere en dag nøyaktig kontroll kjemi i systemer som spenner fra biologi til energiteknologi. teamet av eksperimentelle og teoretiske kjemikere fra tre forskningsinstitusjoner brukte en enkel syre og base, hydrogenklorid og ammoniakk, for å undersøke hvordan de to reagerer for å danne produktet ammoniumklorid uten hjelp fra omgivelsene. Resultatet viste at tilførsel eller fjerning av et ekstra elektron—ikke en som allerede er bosatt i molekylene—kan få reaksjonen til å gå fra syre og base til nøytralt molekyl eller tilbake igjen. «drømmen om kjemikere er å kontrollere kjemiske reaksjoner,» sier medforfatter Greg Schenter Fra Pacific Northwest National Laboratory. Legger medforfatter Maciej Gutowski, tidligere AV PNNL og nå Ved Heriot-Watt University I Edinburgh, STORBRITANNIA, «Vi vil at reaksjonen skal skje når vi vil at det skal skje, og å gå langs en bestemt kjemisk vei.»Vi kan kanskje bruke dette til å få hydrogen ut av fast tilstand, som i hydrogenlagringsmaterialer,» sier Schenter. I så fall kan det føre til økonomiske, sikre og praktiske hydrogendrevne biler. Det grunnleggende resultatet kan også bidra til å belyse biologiske reaksjoner, for eksempel når stråling skader DNA i celler, sier Medforfatter Kit Bowen Fra Johns Hopkins University. «dens verdi i mitt sinn er at denne reaksjonen er en enkel prototype. Det er noen svært kompliserte reaksjoner som oppstår på denne måten,» Sier Bowen. «Det viser også at miljøeffekter er svært viktige i reaktivitet.»

reaksjonen er vanlig i hverdagen. For eksempel vet mange mennesker ikke å blande vindusrenser og toalettskålrenser: forbindelser i hver liker å reagere, noen ganger avgir farlige røyk og forlater ammoniumklorid i kjølvannet. Men det mange ikke vet er at hvis du tar bare ett molekyl hver av bråkmakerne, ammoniakk og hydrogenklorid, kan de to bare ikke få sin handling sammen. i vann er reaksjonen mellom ammoniakk (NH3) og hydrogenklorid (HCl) et lærebokeksempel på syrebasekjemi. Av sin kjemiske natur foretrekker nitrogenet i ammoniakk å være festet til fire hydrogen i stedet for de bare tre det har, så det stjeler hydrogenet fra hydrogenklorid.

tyveriet etterlater klorid alene og negativt. Men nitrogenmolekylet (nå kalt ammonium) har fått en positiv ladning fra det stjålne hydrogenet, og det tiltrekker kloridet. Tiltrengningen er ikke så sterk som den kovalente bindingen mellom nitrogenet og dets viftebase, men ammonium og klorid danner en ionisk binding, en som dannes når motsetninger tiltrekker seg. Til en kjemiker ser dette UT SOM NH4 + Cl -.

Men det er i en mengde, ikke så privat. Tidligere forskning har vist at når ett ammoniakkmolekyl eksisterer isolert med ett hydrogenkloridmolekyl, skjer ingenting. Alle nødvendige, klassiske komponenter er der: positive hydrogen (også kalt protoner) og negative elektroner, men fortsatt skjer ingenting. Forskere har lenge mistenkt flere elektroner som flyter rundt i høyvolummiljøet, kan på en eller annen måte hjelpe ammoniakk-og hydrogenkloridmolekylene til å reagere. I så fall ville en ammoniumklorid i naturen virkelig se ut -.

«Ekstra elektroner er overalt,» sier beregnings kjemiker Schenter. «Når du gni en ballong i håret ditt, slår du elektroner av håret ditt og ballongens overflate, og du får statisk elektrisitet. Du kan ikke komme vekk fra dem.»

for å teste ideen måtte eksperimentalistene, ledet av den fysiske kjemikeren Bowen, gjøre reaksjonen omvendt. Først skapte de et molekyl av ammoniumklorid utsmykket med en ekstra elektron, -. Ved hjelp av en stråle av lys målte de hvor lett forskjellige lysfarger slått av den elektronen. Å miste elektronen etterlater et offfilter NH4 + Cl -, som umiddelbart omarrangeres til et koselig par, NH3 OG HCl. Med dataprogrammer utviklet for å forstå arten av kjemisk binding og struktur i USA Department Of Energy Miljø Molekylærvitenskap Laboratorium PÅ pnnl campus, teori og modellering team tok disse dataene og brukte den til å måle hvor tett klorid hydrogen ble sidling opp til ammoniakk nitrogen når den ekstra elektron er rundt. Det resulterende bildet viste hvordan å miste overskuddselektronen kan føre til at ammoniakk og hydrogenklorid omdannes til ammoniumklorid.

«Det er som en bryter,» sier Schenter. «I nærvær av elektroner oppfører den seg på en måte. Uten elektroner oppfører den seg på en annen måte.»

forskerne løste også en annen gåte. Kjemikere har lenge lurt på at samspillet mellom det koselige paret, ett molekyl ammoniakk og ett molekyl hydrogenklorid. Bindingen kan være enten ionisk i naturen eller mer som en hydrogenbinding, svakere enn både ioniske og kovalente bindinger, men med egenskaper av hver. Sammenligning av dataene i fravær og tilstedeværelse av elektroner bestemte det teoretiske laget hvilke typer ordninger nitrogen, hydrogen og klorid kunne være i. Fra disse konkluderte de at molekylene dannet en hydrogenbinding. Å Forstå reaksjonen gir håp om at kjemi vil ha en ren fremtid. «Hvis du kan kontrollere reaksjonen, kan du operere på en trygg og miljøvennlig måte,» Sier Gutowski.

Bekreftelser: dette arbeidet ble støttet Av National Science Foundation og Institutt For Energis Kontorer For Grunnleggende Energivitenskap og Biologisk& Miljøforskning, en del av Office Of Science. Her finner du En Liste over de mest populære bøkene I verden: Eustis, SN, D Radisic, Kh Bowen, RA Bachorz, M Haranczyk, Gk Schenter, M Gutowski. 2008. «Elektron-Drevet Syre-Base Kjemi: Protonoverføring Fra Hydrogenklorid Til Ammoniakk, » Science 319, 936.