Kodu oluşumuna sokmak için çatlama - bilim adamları tehlikeli emisyonların azaltılmasına yardımcı olmak için gizemlerin kilidini açıyor
Hakan Fidan İslam ve İttihad-ı İslam konularında görüşlerini anlatarak halka kendini tanıtmalı (Haziran 2019).
Sandia Ulusal Laboratuvarları tarafından yürütülen araştırmalar sayesinde, yanma bilimcilerin on yıllardır açıklamaya çalıştıkları kurum oluşumunun uzun zamandır devam eden gizemleri nihayet çözülmüş görünüyor.
Kurum her yerde bulunur ve insan sağlığı, tarım, enerji tüketimi verimliliği, iklim ve hava kalitesi üzerinde büyük zararlı etkileri vardır. Kardiyovasküler ve pulmoner hastalıkların ve buna bağlı ölümlerin önemli oranda artmasından sorumlu olan kurum, aynı zamanda, gelişmekte olan ülkelerdeki iç mekan pişirme ve ısıtmadan büyük ölçüde dünya çapında her yıl milyonlarca ölüme katkıda bulunmaktadır. Her yıl ABD'de on binlerce ölüme yol açıyor, bu da ağırlıklı olarak antropojenik emisyonlardan atmosfere. Atmosferdeki atmosferdeki emisyonlar siyah karbon olarak bilinir.
Sandia araştırmacısı Hope Michelsen, “Kurum oluşumunu anlayarak, motorlardan, orman yangınlarından ve ocaklardan kaynaklanan tehlikeli emisyonlarını azaltma ve endüstriyel süreçler boyunca üretim ve özelliklerini kontrol etme şansımız daha yüksek” dedi. Kurum öyle, ama hiç kimse, gaz yakıt moleküllerinin kurum parçacıklarına nasıl dönüştüğünü açıklayamadı.
Kurum oluşumunun, bir parçacık halinde yoğunlaşan tipik bir gaz molekülleri sürecinden çok farklı olduğunu ve bunun yerine yoğunlaşma yerine hızlı kimyasal reaksiyonlar gerektirdiğini söyledi.
Çözüm, büyük miktarda karbon-toz partiküllerinin oluştuğu yıldızlararası boşluk gibi diğer yüksek sıcaklık koşullarına da uygulanabilir.
Bu çığır açan eser bir Science dergisinde yayınlandı, "Rezonans stabilize hidrokarbon zincir reaksiyonları kurumun başlangıcını ve büyümesini açıklayabilir." Yazarlar arasında Sandia araştırmacıları Michelsen, Olof Johansson ve Paul Schrader; Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı'ndan Kevin Wilson; ve Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley ve Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı'ndan Martin Head-Gordon.
Bu çalışma, Enerji Bakanlığı Temel Enerji Bilimleri Dairesi tarafından finanse edildi. Michelsen, "Yüksek sıcaklıkta hidrokarbon kimyası hakkında temel bir anlayış geliştirmek üzerine odaklanmış, sistematik bir çalışma için yıllar süren bir desteğin sonucu olarak, iş, çok büyük bir bilimsel başarıyı temsil ediyor" dedi.
Kurum oluşumu incelendi
Yağ, doğal gaz ve odun gibi hidrokarbon yakıtların yanması sırasında kurum oluşur. Her ne kadar zararlı sağlık ve çevresel etkileri olsa da, kurum performansı, cam üretimi ve kauçuk-ürün takviyesi ve pigmentler için karbon-siyah üretimi gibi birçok endüstriyel proses için son derece önemlidir.
Michelsen, şimdiye kadar, bir alev içindeki moleküllerin neden yüksek sıcaklıklarda ve parçacıklarda bir araya geldiklerini açıklayan temel kimya, şimdiye kadar bilimsel bir bulmaca olarak kaldığını belirtti.
Son haliyle, kurum grafit ile çok benzer bir katıdır, ancak başlangıçta gaz halindeki hidrokarbonlardan oluşur. Deneysel kanıtlar, katılaşmadan önce bir gazdan sıvıya geçtiğini gösterir. Bilim adamları bu geçişi açıklamak için on yıllardır deniyorlar. Michelsen, "Çoğu insan, suyun gaz fazının - su buharının - soğuduğunda damlacıklara dönüştüğünü bilmektedir. Daha fazla soğutma suyu, suyun katı fazı haline getirecektir. Kurum farklıdır." Dedi.
Gaz partikülleri yüksek sıcaklıklara ısıtıldığında kurum partikülleri oluşur ve su damlacıklarının ısındıklarında nasıl yaptıklarını kolayca gaz halindeki moleküllere geri döndürmezler. Güçlü kimyasal bağlar kurum parçacıklarını bir arada tutar. “İş yapmak, bir pastayı yoğuşan suya benzediğinden daha fazla pişirmektir. Sıvı kek hamurunu yüksek sıcaklıklara ısıtmak, sabit bir katı forma dönüştürür”, diye açıklıyor Michelsen.
Bilim adamları, kurum haline getirmek için kimyasal bağların oluşturulması gerektiğinden şüphe duymuştur. Ancak kurum oluşumu hızlıdır ve araştırmacılar gerekli kimyasal bağların bu kadar çabuk nasıl oluştuğunu anlamadılar. Sorunu daha da zorlaştırmak için, araştırmacılar hangi gaz-faz moleküllerinin kurum üretmekte olduklarından bile emin değildi.
Michelsen, “Bir alevde ölçüm yapmak çok zor” diyor ve “katılan moleküler türlerin ölçümleri olmadan, bir pastanın malzemeyi bilmeden nasıl yapıldığını anlamaya çalışmak gibi.”
İncelenen alevlerin radikal türleri
Johansson, kurum oluşumunun anahtarı, ortaya çıktığı, rezonans stabilize radikaller olduğunu söyledi. Genelde, radikal olan moleküller, paylaşmak istedikleri eşlenmemiş elektronlara sahiptir ve bu da onları reaktif kılar. Ancak, çoğu radikalin aksine, bu rezonansla stabilize olmuş radikaller, molekül içindeki diğer bağlara katılan eşlenmemiş elektronlara sahiptir. Eşlenmemiş elektronlar ve molekül içindeki diğer bağlar arasındaki elektron yoğunluğunu paylaşmak, bu radikalleri diğer radikallere göre daha kararlı hale getirir, ancak yine de, kurum oluşturan diğer büyük moleküllerin çoğundan daha reaktiftirler. Lawrence Berkeley Lab'deki İleri Işık Kaynağı'nda yapılan ölçümler, incelenen tüm alevlerde bu radikal türlerin bir dizisini gösterdi. Michelsen, diğer araştırmacıların bu radikalleri gördüklerini ve kurum oluşumunda yer alabileceklerini düşündüklerini, ancak ana sürücü olmak için yeterli olmadıklarını söyledi.
Michelsen, "Bu radikallerin zincirleme reaksiyona girebileceğini anladık" dedi.
Bu radikaller diğer moleküller ile reaksiyona girdiğinde, kolayca yeni rezonans stabilize radikaller oluşturabilirler. Bu süreçte, diğer gaz halindeki hidrokarbonlarla reaksiyona girer ve büyüyen partikülün bir parçası olarak radikalleri rejeneratif hale getirirler.
Johansson, "Bu sürecin hızlı bir şekilde gerçekleşmesi gerektiğini göstermek için hesaplamalar yaptık."
Michelsen, "Gerçekten çok basit, iyi … cevabı bir kez öğrenince, " dedi. "Kimyasal mekanizma galaksimize nüfuz eden yıldızlararası toz parçacıklarının oluşumu da dahil olmak üzere birçok yüksek sıcaklık işlemiyle ilgilidir. Kurum oluşumunun gizemini, şu anda karbon parçacıklarının yaratılmasını gizlemenin çok heyecanlıyız. Orman yangınlarının sonucu olarak dünyanın bazı bölgelerini ezici ve insan sağlığı üzerinde bu kadar yıkıcı bir etkiye sahip olabilir. ”
Massachusetts Teknoloji Enstitüsü Profesörü William Green, bilinen reaksiyonların kurumun hızlı oluşumunu açıklamak için yeterince hızlı olmadığı için, polimerik aromatik hidrokarbon (PAH) ve kurum oluşumunda rezonansla stabilize edilmiş radikalleri içeren yolakların önemli olabileceğinin uzun süredir söylendiğini söyledi.
Green, “Aslında PAH'a yol açan rezonansla stabilize olmuş radikallerin bazı spesifik reaksiyonları bilinmektedir, ancak şimdiye kadar hiç kimse deneysel gözlemlerle desteklenen ikna edici bir genel mekanizma sunmamıştır” dedi. "Bu yeni keşfedilen yolların önemli olduğu reaksiyon koşullarının aralığını belirlemek için, yeni keşfedilen bu reaksiyon yollarını kapsamlı bir PAH oluşum mekanizmasına dahil etmeyi dört gözle bekliyorum."