de fevereiro de 2008

Sozinho, De amônia e Cloreto de Hidrogênio Usar Negatividade Para Obter Ligado

Ambiental elétrons estimular ácido-base reacções

Um elétron extra ajuda NH3 bater-se para uma HCl (parte superior central) e puxe o hidrogénio a partir de sua cloreto. Isto cria um cloreto de amônio adornado por elétrons, um sal iônico (inferior direito). O elétron extra pode encontrar seu caminho, temporariamente, para a molécula de amônio (parte inferior esquerda), formando um radical de Rydberg. Crédito: Maciej Haranczyk. Vista ampliada

electrões—bits de energia negativa que te chocam quando tocas numa Maçaneta—espalha a reacção química entre um ácido e uma base, de acordo com novos resultados na revista Science. Os achados podem ajudar os pesquisadores um dia precisamente controlar a química em sistemas que vão da biologia à tecnologia energética.

A equipe de químicos experimentais e teóricos de três instituições de pesquisa usou um simples ácido e base, cloreto de hidrogênio e amônia, para investigar como os dois reagem para formar o produto Cloreto de amônio sem ajuda de seus arredores. O resultado revelou que suprir ou remover um elétron extra—não um já residente nas moléculas—pode fazer a reação ir de ácido e base para molécula neutra ou voltar novamente. “o sonho dos químicos é controlar reações químicas”, diz o coautor Greg Schenter do Pacific Northwest National Laboratory. Acrescenta o coauthor Maciej Gutowski, ex-PNNL e agora na Universidade Heriot-Watt em Edimburgo, Reino Unido, ” queremos que a reação aconteça quando queremos que aconteça, e que siga um certo caminho químico.”

“Nós podemos ser capazes de usar isso para tirar hidrogênio do estado sólido, como em materiais de armazenamento de hidrogênio”, diz Schenter. Se assim for, isso poderá levar a automóveis movidos a hidrogénio, económicos, seguros e práticos. O resultado fundamental também pode ajudar a iluminar reações biológicas, como quando a radiação danifica o DNA dentro das células, diz o coautor Kit Bowen da Universidade Johns Hopkins.

“Seu Valor em minha mente é que esta reação é um protótipo simples. Há algumas reações muito complicadas que ocorrem desta forma”, diz Bowen. “Ele também mostra que os efeitos ambientais são muito importantes na reatividade.”

a reacção é comum na vida quotidiana. Por exemplo, muitas pessoas sabem não misturar limpadores de janelas e limpadores de retretes: compostos em cada um gostam de reagir, às vezes libertando fumos perigosos e deixando cloreto de amônio no seu rastro. Mas o que muitas pessoas não sabem é que se você pegar apenas uma molécula cada um dos desordeiros, amônia e cloreto de hidrogênio, os dois simplesmente não conseguem se entender. na água, a reação entre amônia (NH3) e cloreto de hidrogênio (HCl) é um exemplo típico da química ácido-base. Por sua natureza química, o nitrogênio em amônia prefere ser ligado a quatro hidrogénios em vez dos meros três que tem, por isso rouba o hidrogênio de cloreto de hidrogênio. o roubo deixa o cloreto sozinho e negativo. Mas a molécula de nitrogênio (agora chamada de amônio) ganhou uma carga positiva do hidrogênio roubado, e isso atrai o cloreto. A atração não é tão forte quanto a ligação covalente entre o nitrogênio e sua base de ventoinha, mas o amônio e o cloreto formam uma ligação iônica, que se forma quando os opostos se atraem. Para um químico, isto parece NH4+Cl -. mas isso está numa multidão, não em privado. Pesquisas anteriores mostraram que quando uma molécula de amônia existe em isolamento com uma molécula de cloreto de hidrogênio, nada acontece. Todos os componentes clássicos necessários estão lá: hidrogenos positivos (também chamados prótons) e elétrons negativos, mas ainda assim, nada acontece. Pesquisadores há muito suspeitaram que elétrons adicionais flutuando em torno do ambiente de alto volume poderiam de alguma forma ajudar as moléculas de amônia e cloreto de hidrogênio a reagir. Se assim for, um cloreto de amónio na natureza seria realmente parecido com…

“elétrons extras estão em todos os lugares”, diz O químico computacional Schenter. “Quando esfregamos um balão no cabelo, tiramos electrões do cabelo e da superfície do balão e obtemos electricidade estática. Não podes fugir deles.”

para testar a ideia, os experimentalistas, liderados pelo físico-químico Bowen, tiveram que fazer a reação ao contrário. Primeiro, criaram uma molécula de cloreto de amónio adornada com um electrão extra. Usando um feixe de luz, eles então mediram quão facilmente diferentes cores de luz derrubaram aquele elétron. Perder o elétron deixa para trás um offkilter NH4+Cl -, que imediatamente se reorganiza em um par acolhedor, NH3 e HCl.

com programas de computador desenvolvidos para entender a natureza da ligação química e estrutura nos EUA. O laboratório de Ciências Moleculares ambientais do Departamento de energia no campus da PNNL, a teoria e a equipe de modelagem pegaram esses dados e usaram-nos para medir o quão próximo o hidrogênio do cloreto estava ao lado do nitrogênio da amônia quando o elétron extra está por perto. The resulting picture showed how losing the surplus electron can cause ammonia and hydrogen chloride to transform into ammonium chloride. “é como um interruptor”, diz Schenter. “Na presença de electrões, comporta-se de uma forma. Sem electrões, comporta-se de outra forma.”

os pesquisadores resolveram outro enigma também. Os químicos há muito tempo se perguntam sobre essa interação entre aquele par acolhedor, uma molécula de amônia e uma molécula de cloreto de hidrogênio. A ligação pode ser iônica por natureza ou mais como uma ligação de hidrogênio, mais fraca do que ligações iônicas e covalentes, mas com características de cada uma. Comparando os dados na ausência e presença de elétrons, a equipe teórica determinou os tipos de arranjos em que o nitrogênio, hidrogênios e cloreto poderiam estar. A partir destes, eles concluíram que as moléculas formavam uma ligação de hidrogênio. compreender a reacção traz esperança de que a química tenha um futuro limpo. “Se você pode controlar a reação, você pode operar de uma forma segura e ambientalmente amigável”, diz Gutowski. agradecimentos: este trabalho foi apoiado pela National Science Foundation e pelo Department of Energy Offices of Basic Energy Sciences and Biological & Environmental Research, part of the Office of Science. Citation: Eustis, SN, D Radisic, KH Bowen, RA Bachorz, m Haranczyk, GK Schenter, m Gutowski. 2008. “Electron-Driven Acid-Base Chemistry: Transferência de prótons de cloreto de hidrogênio para amônia, ” Science 319, 936.