Foto: © bluebay2014 / Dollar Photo Club

Poprvé připravili a zobrazili molekulu kyseliny uhličité

Kupodivu krystalky H2CO3 dosud nikdo neviděl a nebylo jasné, zda mohou vůbec existovat – jinak řečeno, zda v případě této látky nejde o roztok oxidu uhličitého ve vodě nebo o (hydrogen)uhličitanové ionty. Německo-čínský tým pomocí neutronového zdroje FRM II na Technické univerzitě v Mnichově nyní ale příslušnou molekulu poprvé dokázal přímo zobrazit.

Richard Dronskowski z RWTH Aachen a jeho kolegové ovšem na projektu museli pracovat 8 let. „Naše výpočty ukazovaly, že bychom potřebovali teplotu asi –100 °C v kombinaci s tlakem kolem 20 000 atmosfér, aby se z vody a oxidu uhličitého vytvořily krystaly kyseliny uhličité. Museli jsme tedy navrhnout a postavit zařízení, které by těmto extrémním podmínkám odolalo,“ uvádí Dronskowski.
Stěny měřicí buňky o velikosti malé lahvičky byly vyrobeny ze speciálně vyrobené slitiny. Diamantové okénko umožňovalo výzkumníkům nahlížet dovnitř. V zařízení byla směs zmrzlé vody a suchého ledu vystavena tlaku pomocí kovadliny. Za těchto extrémních podmínek se skutečně vytvořily krystaly. To, že se jedná o kyselinu uhličitou, se pak podařilo potvrdit pomocí neutronových paprsků.
„Rentgenové paprsky interagují s elektrony v atomech, neutrony naproti tomu interagují s jádry. Díky tomu je lze použít ke zviditelnění i velmi lehkých atomů, například vodíku, který obsahuje pouze jediný elektron. To pro nás bylo zásadní, protože naše krystaly obsahují vodík. Museli jsme vědět, kde se atomy vodíku v molekule nacházejí,“ uvádějí podle průvodní tiskové zprávy autoři výzkumu.
K měření byl využit monochromátor, který vybírá konkrétní vlnovou délku z neutronového svazku emitovaného reaktorem FRM II. Tento monochromatický paprsek se pak pomocí speciálních štěrbin nasměroval tak, aby mířil přímo do vnitřku zařízení. Díky tomu bylo možné analyzovat i velmi malé objemy vzorků (k dispozici bylo pouze několik milimetrů krychlových) s extrémně vysokým rozlišením.
Když monochromatizovaný neutronový paprsek dopadne na krystal, dojde k jeho vychýlení v důsledku interakce s atomy. Vzniká tak difrakční obrazec, z něhož lze, alespoň teoreticky, odvodit strukturu krystalové mřížky. Výzkumníkům ovšem trvalo další více než dva roky, než pomocí svých algoritmů navrhli tisíce možných struktur a porovnali je s experimentálními výsledky. Díky tomuto přístupu se jim nakonec podařilo identifikovat strukturu krystalů, které se vytvořily ve vnitřním prostoru buňky: skutečně se skládaly z molekul H2CO3 spojených vodíkovými vazbami. Molekuly kyseliny uhličité krystalizovaly v jednoklonné soustavě s nízkou symetrií.
Celý výsledek je samozřejmě zajímavý čistě z hlediska teoretické chemie (poznámka: viz jak se v učebnicích obvykle píše, že kyselina uhličitá přímo neexistuje). Lze si ale představit i praktické aplikace. Jak uvádějí autoři výzkumu, pokud se nějakou analytickou metodou podaří např. molekulu identifikovat na exoplanetách, získáme tím konkrétnější představu o místních podmínkách (tlak, teplota…). Můžeme také přemýšlet/zkoumat, zda krystalky kyseliny uhličité nemohou existovat i za vysokých tlaků CO2 někde v hlubinách Země.

Sebastian Benz et al, The Crystal Structure of Carbonic Acid, Inorganics (2022). DOI: 10.3390/inorganics10090132
Zdroj: Technical University Munich / Phys.org

Měsíc Titan pod drobnohledem (nejen) Webbova dalekohledu

V sobotu 5. listopadu se mezinárodní tým vědců s radostí probudil a spatřil první snímky …

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Používáme soubory cookies pro přizpůsobení obsahu webu a sledování návštěvnosti. Data o používání webu sdílíme s našimi partnery pro cílení reklamy a analýzu návštěvnosti. Více informací

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close