electrons reactions

اتفاقاتی که برای الکترون در آب می افتد!

یک مجموعه خاص از واکنش های شیمیایی وجود دارد که بسیاری از فرآیندهای اطراف ما را کنترل می کنند. همه این واکنش ها اتصالاتی محلول در آب می باشد که وعده صبحانه را در روده شما تجزیه می کنند. یکی از بخش های مهم این واکنش شامل الکترون های قابل توجهی در آب می باشند و علیرغم چگونگی این واکنش معمول، دانشمندان هنوز هم برای مدلسازی این الکترون ها با کامپیوتر باید از ارقام ballpark برای بعضی از قسمت های معادله استفاده کنند. مقاله ای که در Nature Communications منتشر شد، پژوهشگران دانشگاه شیکاگو، آزمایشگاه ملی آرگون و لارنس لیورمور و دانشگاه سن دیگو کالیفرنیا مجموعه ای جدید و بهتری از این ارقام ارایه کردند. با بهبود مدل های کامپیوتری، این ارقام ممکن است در نهایت به دانشمندان و مهندسان کمک کنند تا راه های بهتری را برای شکاف و تجزیه آب برای سوخت هیدروژنی و دیگر فرآیندهای شیمیایی ایجاد کنند.

هنگامی که یک الکترون به داخل آب تزریق می شود، مایع الکترون را به طرف خود می کشد و جذب می کند. با توجه به تحلیل های Alex Gaiduk، پروفسور دانشگاه شیکاگو و سرپرست نویسندگان این مقاله، به افزایش انرژی ناشی از این فرآیند، وابستگی الکترون در آب نامیده می شود و کلید فهم و مدلسازی این فرآیندها مثل رخ دادن این موضوع در سلول های فتوالکتروشیمیایی با شکاف آب برای تولید اکسیژن و هیدروژن می باشد. Giulia Galli، یکی از نویسنده های این تحقیق، استاد موسسه مهندسی مولکولی دانشگاه شیکاگو و دانشمند ارشد آزمایشگاه ملی آرگون گفت:

تاکنون دانشمندان با چالش های فنی رو به رو شده اند در حالی که وابستگی الکترون به آب را به صورت تجربی اندازه گیری می کنند. بیشتر آزمایشاتی که به صورت ارقام آزمایشی بیان شده اند در واقع ارقام بدست آمده، ترکیب برخی از مقادیر اندازه گیری شده تخمینی می باشند.

Francesco Paesani، استاد دانشگاه سن دیگو کالیفرنیا و نویسنده این تحقیق گفت: «اندازه گیری های نظری دقیق برای شبیه سازی اتصال الکترون ها با آب به دلیل دشواری و هزینه بالای محاسباتی در بعضی از مواقع در دسترس نبودند. اما پژوهشگران به وسیله ترکیبی از مدل های Paesani، روش های نظری گالیله و نرم افزار و ابر کامپیوتر موسسه آرگون به نتیجه جدید و تعجب آوری رسیدند.» اساساََ پژوهشگران می خواستند بدانند که آیا مایع به الکترون متصل می شود یا خیر. این موضوع تعیین می کند که آیا الکترون در نهایت می تواند در واکنش های شیمیایی به عنوان یک جز معلق در مایع شرکت کند. طبق نتایج، الکترون به مایع متصل می شود اما انرژی اتصال آن کوچک تر از گذشته است.

این موضوع باعث شد که پژوهشگران تعدادی از داده ها و مدل های قابل قبول را برای ارتباط الکترون با آب بازبینی کنند. T.A. Pham، دانشمند موسسه لورنس و لیورمور گفت: «ما تفاوت زیادی را بین وابستگی در سطح و حجم مایع یافتیم. ما همچنین مقادیر نسبتاََ مختلفی را که در دست نوشته ها بودند را پیدا کردیم که ما را وادار به بازبینی دیاگرام انرژی کامل الکترون در آب کرد. هر دوی این یافته ها برای درک اساسی خواص آب و همچنین درک یک واکنش به نام واکنش های کاهش اکسیداسیون در محلول های آبی دارای پیامدهای مهمی هستند. این پیامدها در زیست شناسی و شیمی متداول می باشد از جمله چگونگی تجزیه مواد غذایی به انرژی و چگونگی تجزیه مواد غذایی در آب.

به ویژه، اطلاعات (غربالگری محاسباتی مواد) درباره سطوح انرژی آب که اغلب برای سلول های فتوالکتروشیمیایی در تجزیه آب برای تولید هیدروژن به عنوان سوخت استفاده می شود. پژوهشگران عنوان کردند که تخمین قابل اعتماد درباره وابستگی الکترون در آب، پروتکل های محاسباتی قوی تر و قابل اطمینان و غربالگری محاسباتی را در اختیار ما قرار می دهد. روش هایی برای حالت های برانگیخته مورد استفاده در این مطالعه طی سال ها توسط گالیله و همکارانش، Pham و Marco Govoni از آرگون توسعه یافته است. در این مطالعه همچنین از منابع ابرکامپیوتر موسسه ملی آرگون استفاده شد.

نمره شما به این پست