Сегодня 19 июля 2024
18+
MWC 2018 2018 Computex IFA 2018
реклама
Теги → химия
Быстрый переход

«Неправильная» вода формирует странные магнитные поля Нептуна и Урана, выяснили учёные из России и Китая

Учёные из Сколтеха и их китайские коллеги опубликовали в престижном журнале Physical Review B работу, в которой обосновали существование в недрах Урана и Нептуна экзотической молекулы акводия (aquodiium). Это молекула воды с двумя «лишними» протонами, которая стабильна лишь при высочайших температурах и давлении. Наличие акводия в недрах далёких планет теоретически объясняет их странные магнитные поля, отличающиеся от магнитного поля Земли.

 Изображение Урана, полученное «Джеймсом Уэббом». Источник изображения: NASA, ESA, CSA, STScI

Изображение Урана, полученное «Джеймсом Уэббом». Источник изображения: NASA, ESA, CSA, STScI

Магнитные поля Земли, Сатурна и Юпитера порождаются электропроводящими слоями в недрах планет. В случае Земли это циркуляция железоникелевого сплава, а у газовых гигантов — циркуляция металлического водорода на больших глубинах. Во всех трёх случаях присутствует электронная проводимость, порождающая магнетизм. Что касается магнитных полей Урана и Нептуна, то в их случае, подозревают учёные, работает ионная проводимость или, проще говоря, электрический заряд переносят атомы или даже молекулы. Всё это может быть частью ответа на загадку, почему магнитные поля у ледяных гигантов сильно отклонены от их осей вращения и исходят не из их центров.

Один из авторов исследования, профессор Сколтеха Артём Оганов, пояснил различие между двумя типами проводимости и вовлечение в процесс нового иона: «В условиях, которые существуют в недрах Юпитера, водород становится жидким металлом, его электропроводность обусловлена наличием свободных электронов, которые все атомы водорода сбрасывают „в общий котёл“ при столь сильном сжатии. А в Уране, как мы предполагаем, сами ионы водорода, то есть протоны, переносят заряд. При этом совершенно не обязательно в форме свободных ионов H+, а, например, в виде гидроксония H3O+, аммония NH4+ и ряда других ионов. Наше исследование дополняет этот ряд ионом H4O2+, химия которого представляет большой интерес».

Вода в обычных условиях — это атом кислорода, у которого на внешней электронной оболочке есть две укомплектованные электронные пары в добавок к двум одиночным валентным электронам, к которым присоединены по одному атому водорода (H2O). Когда к одной из электронных пар присоединяется протон водорода (атом водорода без собственного электрона), возникает ион гидроксония (H3O+). В самых экстремальных условиях, когда температура и давление запредельные, вторая электронная пара кислорода также может присоединить протон, что даёт экзотический ион акводий (H4O2+).

Авторы исследования использовали самые современные методы моделирования, чтобы понять, как вода и плавиковая кислота поведут себя в экстремальных условиях. При давлении порядка 1,5 млн атмосфер и температуре 3 тыс. градусов Цельсия в симуляции стали чётко различимы ионы акводия H4O2+.

 Вода и её ионы

Молекула воды и её ионы

Открытый таким образом новый ион способен влиять на поведение и свойства водных сред, а именно кислых сред под большим давлением. Это примерно те условия, которых можно было бы ожидать от Урана и Нептуна, где немыслимая толща водного океана оказывает колоссальное давление на глубинные слои вещества в присутствии кислот. А значит, там должен образовываться акводий, который будет циркулировать вместе с другими ионами и делать свой вклад в магнитные поля этих планет. Более того, в присутствии этого иона там могут формироваться неизвестные на Земле минералы с невообразимыми свойствами.

Учёные синтезировали первую молекулу для сверхэффективного поглощения парниковых газов

Методы супрамолекулярной химии позволяют создавать причудливые молекулярные связи из сложных молекул. Только настройка реакций для синтеза сложна и непредсказуема. Однако в случае удачи можно добиться невероятного результата, который, например, получила группа химиков из Великобритании и Китая, создавшая первую в своём роде молекулу для эффективного поглощения парниковых газов и не только.

 Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Свою молекулу учёные из Университета Хериот-Ватт в Эдинбурге назвали «клеткой из клеток». Это своего рода каркас из каркаса, сборка которого происходит сама собой в ходе серии последовательных химических реакций. Сначала собираются молекулы, по виду напоминающие призмы, а затем эти «призмы» собираются в тетраэдры. Получается глубоко пористый материал, молекулы которого способны организовывать устойчивые связи с молекулами углекислого газа и, в принципе, с другими летучими органическими соединениями.

Например, новый материал показал способность абсорбировать «запах» синтетики от новых вещей, что предотвратит появление не всем приятных запахов от нового салона автомобиля или телевизора. Но больше всего учёных поразила способность синтезированной молекулы поглощать гексафторид серы (SF6). Этого парникового газа сравнительно мало в атмосфере, но он способен накапливаться где угодно и сохраняться там свыше 3 тыс. лет. За 100 лет, например, парниковый эффект от SF6 будет в 23 500 раз сильнее, чем от выбросов CO2.

 Источник изображения: Nature Synthesis

Источник изображения: Nature Synthesis

«Это захватывающее открытие, — поясняют учёные, — потому что нам нужны новые пористые материалы, которые помогут решить самые большие проблемы общества, такие как улавливание и хранение парниковых газов».

Синтезированная молекула, что важно, не боится влаги, что позволит новому материалу абсорбировать парниковые газы непосредственно из промышленных выбросов, часто представляющих собой водяной пар или стоки. Открытое вещество хорошо показало себя в лаборатории, но когда оно выйдет на простор коммерческого использования — это отдельный и не до конца понятный вопрос, а полный текст статьи в журнале Nature Synthesis можно найти по ссылке.

Учёные превратили золото в полупроводник — помог случай и древний рецепт японских кузнецов

Золото как отличный и стойкий к агрессивным средам проводник давно снискал популярность у производителей чипов и электроники. Недавно учёные смогли открыть в нём новую и неожиданную грань, которая добавит популярности этому металлу — они научились превращать его в полупроводник. К этому открытию привела череда случайностей, но чтобы добиться нужного результата потребовалось много лет.

 Источник изображения: DALL-E/newatlas.com

Источник изображения: DALL-E/newatlas.com

Если кратко, с помощью ряда химических процессов удалось создать устойчивый атомарно тонкий слой чистого золота. По аналогии с графеном его назвали «goldene» (златен?). Атомы золота в атомарно тонком слое оставляют по две свободных связи, что даёт возможность придать материалу свойства между проводником и изолятором. Химическая промышленность также будет рада такому материалу, а фразу «ваши транзисторы просто золотые» можно будет воспринимать буквально.

«Если вы сделаете материал чрезвычайно тонким, произойдет нечто экстраординарное — как с графеном, — пояснил учёный-материаловед Шун Кашивайя (Shun Kashiwaya) из Линчёпингского университета в Швеции (Linköpings universitet, LiU). — То же самое происходит и с золотом. Как вы знаете, золото обычно является металлом, но при толщине слоя в один атом золото может превратиться в полупроводник».

Открытие в какой-то мере сделано случайно. Исследователи работали с таким материалом, как карбид титана кремний Ti3SiC2. Это перспективная электропроводная керамика с очень тонким слоем кремния. Учёные попытались нанести золотой контакт на материал, но в итоге под воздействием высокой температуры атомы золота заместили в материале атомы кремния. Произошло это несколько лет назад, и только годы спустя учёные научились химическим способом удалять из материала также титан и углерод, оставляя лишь атомарно тонкий слой золота.

 Синие точки — атомы титана, чёрные — углерода, жёлтые — золота (под электронным микроскопом)Источник изображения: Nature Synthesis 2024

Синие точки — атомы титана, чёрные — углерода, жёлтые — золота. Источник изображения: Nature Synthesis 2024

Решение нашлось в древнем рецепте японских кузнецов, которые с помощью специального раствора — реагента Муроками — вытравливали узоры на клинках (попутно вытравливая в металле углерод). Подбирая соотношение химических веществ и варьируя время травления удалось подобрать условия для полного растворения титана и углерода из золотой заготовки. Оказалось также, что травление должно происходить в полной темноте, поскольку на свету образовывались соединения, разъедающие золото.

Для предотвращения скручивания столь тонкого листа золота и образования комков учёные добавили к материалу поверхностно-активное вещество. Анализ показал, что в итоге получилось стабильное золото атомарно тонкой толщины, которое теперь возьмут в разработку электронщики, химики и специалисты по материалам.

Нобелевскую премию по химии присудили за открытие квантовых точек — среди лауреатов выходец из СССР

Нобелевская премия по химии в 2023 году присуждена учёным из США Мунги Бавенди (Moungi G. Bawendi), Луису Брюсу (Louis E. Brus) и выходцу из СССР Алексею Екимову за открытие и разработку квантовых точек — наночастиц настолько малых, что их свойства определяются размерами.

 Мунги Бавенди, Луис Брюс, Алексей Екимов (слева направо). Источник изображения: nobelprize.org

Мунги Бавенди, Луис Брюс, Алексей Екимов (слева направо). Источник изображения: nobelprize.org

Квантовые точки, которые в Шведской королевской академии наук охарактеризовали как «мельчайшие компоненты нанотехнологий», — это полупроводниковые частицы размером в несколько нанометров. При возбуждении они способны к флуоресценции в широком диапазоне спектра. В силу небольшого размера этих точек их оптические свойства определяются квантовыми эффектами. Преимуществами квантовых точек являются яркость и высокая фотостабильность, то есть они не «выгорают» как флуоресцентные красители.

Квантовые точки используются в мониторах и телевизорах — они способствуют повышению качества изображения. Эти элементы применяются при производстве светодиодных ламп и в молекулярной медицине. Они также могут использоваться при создании нейросетей и квантовых компьютеров.

Алексей Екимов родился в СССР в 1945 году и окончил физический факультет Ленинградского государственного университета. В 1981 году он впервые получил квантовые точки из хлорида меди, будучи сотрудником Государственного оптического института имени Вавилова в Ленинграде. Он продемонстрировал, что излучаемый ими цвет зависит от их размера из-за квантовых эффектов. Уже долгое время господин Екимов является сотрудником американской компании Nanocrystals Technology.

Луис Брюс родился в США в 1943 году. В 1983 году он впервые получил коллоидный раствор квантовых точек. Мунги Бавенди родился во Франции в 1961 году. В 1993 году ему удалось усовершенствовать химическое производство квантовых точек и получить почти идеальные частицы. Учёный разработал технологию синтеза монодисперсных растворов квантовых точек заданного размера.

Японские власти национализируют крупнейшего поставщика химикатов для производства чипов

Власти Японии уже давно выражают озабоченность по поводу утраты нацией статуса одного из лидеров полупроводниковой отрасли, хотя ряд специфических компетенций японским производителям в этой сфере удалось сохранить с девяностых годов прошлого века. Трио местных поставщиков контролирует почти весь мировой рынок химикатов, необходимых для выпуска полупроводниковых компонентов, и один из них к декабрю перейдёт под государственный контроль.

 Источник изображения: Asahi Shimbun

Источник изображения: Asahi Shimbun

К счастью для акционеров национализируемой компании JSR, произойдёт такая смена владельца с адекватной выгодой, поскольку существующим акционерам будет выплачено по $30,40 за акцию, а вся сделка обойдётся японским налогоплательщикам в $6,3 млрд. Новости вызвали рост курса акций JSR на 22 %, а котировки акций конкурирующих компаний Shin-Etsu Chemical и Tokyo Ohka Kogyo выросли на 1,5 и 9,1 % соответственно. В последнем случае акции вообще обновили исторический максимум.

Получая контроль над крупнейшим поставщиком фторированного полиимида и фторида водорода, японские власти в какой-то степени обеспечивают защиту от поглощения компании инвесторами из недружественных стран, самой мотивированной из которых остаётся КНР. Кроме того, в статусе частной компании в государственным участием JSR сможет принимать на себя более серьёзные долгосрочные риски с точки зрения инвестиций. Инвесторы на фондовом рынке после этого прецедента стали внимательнее присматриваться к компаниям полупроводникового сектора, рассчитывая на повторение подобных сделок в отрасли.

Пластик оказался вреден для аккумуляторов — он ускоряет самопроизвольную разрядку

Любое электронное устройство с аккумуляторной батареей постепенно разряжается, даже будучи полностью выключенным. Как оказалось, одна из причин тому — удивительный и весьма распространённый производственный дефект, выявленный исследователями из канадского Галифакса.

 Источник изображения: Kamil S/unsplash.com

Источник изображения: Kamil S/unsplash.com

По словам доцента Университета Далхаузи Майкла Метцгера (Michael Metzger), речь идёт о совершенно неожиданном явлении, о котором никто не мог бы подумать. Проблема заключается в использовании крошечных фрагментов пластиковой ленты, используемой для крепления компонентов аккумулятора.

Как известно, аккумуляторы отдают энергию благодаря протекающим в них химическим реакциям. Каждая батарея состоит из анода, катода и электролита (в виде жидкости или пасты/геля). При подключении аккумулятора к гаджетам, электроны движутся по электродам, обеспечивая питанием смартфоны, ноутбуки и прочие гаджеты. Проблемы возникают в случае, если электроны движутся не по электродам/кабелям, а от одного электрода к другому внутри электролита, что и приводит к разрядке без малейшей внешней нагрузки — поэтому заряд теряют даже выключенные устройства.

В поисках идеального аккумулятора исследователи использовали батареи в очень тёплой среде — при 85 градусах по Цельсию — в таких условиях аккумуляторы обычно теряют полезные свойства намного быстрее. В ходе одного из тестов было замечено окрашивание электролита в красный цвет, чего не должно было произойти, поскольку батарея представляет собой замкнутую систему — что-то произошло внутри неё самой.

 Источник изображения: Brett Ruskin/CBC

Источник изображения: Brett Ruskin/CBC

В результате химических анализов выяснилось, что в электролите появились примеси диметилтерефталата (ДМТ), из-за которого и происходила самопроизвольная разрядка аккумуляторов. Оказалось, ДМТ структурно напоминает молекулу полиэтилентерефталата (ПЭТ) — последний используется для выпуска пластиковых бутылок, контейнеров для еды и т.д. А также для соединения компонентов аккумуляторов. Почти микроскопические кусочки пластика проникали в электролит и вызывали химические реакции, а значит постепенную самопроизвольную разрядку АКБ. Примечательно, что данный материал используется производителями аккумуляторов повсеместно.

После того как Метцгер и его команда поделились открытием в ноябре 2022 года, информацией заинтересовались многие производители компьютеров и электротранспорта. По данным учёных, многие компании уже готовы заменять подобные компоненты в своих АКБ во избежание быстрой саморазрядки.

Учёные уже предложили решение — использовать вместо ПЭТ чуть более дорогой, но не менее распространённый материал — полипропилен, применяемый для выпуска более надёжных пластиковых товаров и более устойчивый к химическому воздействию.

Самую белую краску в мире улучшили — теперь ею можно покрывать машины, поезда и самолёты для уменьшения нагрева

Самая белая краска в мире, созданная исследователями из Университета Пердью (США) и попавшая в Книгу рекордов Гиннеса, настолько хорошо отражает излучение, что позволяет сохранять поверхности прохладными и снизить потребность в кондиционировании. Теперь же стало известно, что исследователи разработали новый состав краски, который можно наносить более тонким слоем на обрабатываемую поверхность и использовать для отвода тепла в автомобилях, поездах и самолётах.

 Источник изображения: Unsplash / Ern Low

Источник изображения: Unsplash / Ern Low

В оригинальной самой белой в мире краске использовались наночастицы сульфата бария для отражения 98,1 % солнечного света, за счёт чего наружные поверхности оставались более чем на 4,5 °C холоднее температуры окружающей среды. Изобретение выглядит весьма перспективным, поскольку, покрыв такой краской, например, крышу дома можно существенно охладить внутренние помещения и сэкономить на кондиционировании, а значит сократить вредные выбросы в атмосферу.

Проблема заключалась в том, что для достижения высокого уровня радиационного охлаждения ниже температуры окружающей среды требовалось нанести слой краски толщиной не менее 400 микрон. Такая толщина считается нормальной, если речь идёт о зданиях, но в случаях с более требовательными конструкциями краска должна быть тоньше и легче. Поэтому исследователи создали новую формулу самой белой краски, за счёт чего она стала тоньше и легче.

Новая версия краски способна отражать 97,9 % солнечного света при толщине слоя в 150 микрон. Краска также имеет воздушные пустоты, что делает её очень пористой в наномасштабе. Меньшая плотность обеспечивает снижение веса, что также является важным аспектом для дальнейшего практического применения краски. Согласно имеющимся данным, новая краска весит на 80 % меньше по сравнению с аналогом на основе сульфата бария, но при этом обладает почти таким же коэффициентом отражения солнечных лучей. В скором времени исследователи планируют организовать коммерческое производство самой белой краски в мире.

Кукурузные початки и кожура томатов помогли извлечь из отходов редкоземельные элементы

Группа учёных из Университета штата Пенсильвания предложила эффективный способ извлечения редкоземельных элементов из электронного мусора. Сегодня это популярное направление для исследований, но химики из Пенсильвании смогли удивить. Для связывания микрочастиц неодима в растворах учёные использовали микрочастицы из переработанных початков кукурузы, кожуры томатов, отходов хлопка и остатков древесины.

 Источник изображения: Chemical Engineering Journal

Источник изображения: Chemical Engineering Journal

«Такие отходы, как кукурузные початки, древесная масса, хлопок и томатная кожура, часто оказываются на свалках или в компосте, — говорит автор статьи в журнале Chemical Engineering Journal Амир Шейхи (Amir Sheikhi), доцент кафедры химической инженерии. — Мы хотели превратить эти отходы в микро- или наноразмерные частицы, способные извлекать редкоземельные элементы из электронных отходов».

При подготовки эксперимента группа Шейхи измельчила томатную кожуру и кукурузные початки, нарезала древесную массу и хлопковую бумагу на маленькие тонкие кусочки и замочила их в воде. В ходе дальнейшей химической реакции все материалы распались на три различные фракции: микропродукты, наночастицы и солюбилизированные биополимеры. Выяснилось, что добавление микропродуктов или наночастиц в растворы с частицами неодима запускало процесс разделения. Иначе говоря, частицы этого редкоземельного элемента захватывались и могли быть легко отделены от жидкости.

Захват работает благодаря электростатическому взаимодействию отрицательно заряженных микро- и наноматериалов из биологических отходов, которые связываются с положительно заряженными ионами неодима. Учёные уверены, что таким образом можно отделять из растворов другие редкоземельные элементы и драгоценные металлы, например, золото и серебро при переработке печатных плат и других электронных компонентов. Теперь учёные готовятся испытать технологию на промышленном предприятии по переработке отходов.

Компьютерные модели помогли раскрыть одну из тайн венерианской атмосферы

Компьютерные модели, разработанные при сотрудничестве учёных из Испании и США, помогли установить новый вариант формирования особых частиц серы, вероятно, ответственных за поглощение ультрафиолета атмосферой Венеры.

 Источник изображения: NASA

Источник изображения: NASA

По данным учёных, разрушение ультрафиолетом диоксида серы SO2, в избытке находящегося в венерианской атмосфере, ведёт к формированию не только обычной атомарной серы, но и аллотропных вариантов, включая S2, S4 и, наконец, S8, активно поглощающих ультрафиолет. До недавних пор оставалось загадкой, как именно инициируется этот процесс.

Обычно формирование S2 осуществляется за счёт соединения двух атомов серы, после чего пара S2 превращается в S4, а их пара — в S8. По данным учёных, кольцевая структура S8 наиболее устойчива к разрушению ультрафиолетом, но процесс формирования S2, как выяснилось, может осуществляться не только за счёт прямого объединения двух атомов серы, но и в результате намного более быстрой реакции SO и S2O, которые, в свою очередь, выделяются в результате разрушения SO2 ультрафиолетом.

По словам учёных, впервые вычислительная химия используется для оценки того, какие типы реакций более важны — вместо лабораторных исследований. Это крайне практичный способ изучения атмосферы Венеры. Кроме того, реальные лабораторные эксперименты с присутствующими в венерианской атмосфере элементами вроде серы, хлора и кислорода могут быть просто небезопасными.

Как сообщают исследователи, «серная химия» играет доминирующую роль в атмосфере Венеры и, вполне вероятно, ключевую роль в формировании загадочного поглотителя ультрафиолета. Более того, аналогичные вычислительные методы, возможно, будут использоваться для того, чтобы разобраться и в других химических процессах в атмосфере планеты.


window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
Blizzard показала геймплейный трейлер и раскрыла детали наследника духов из Diablo IV: Vessel of Hatred — совершенно нового класса для серии 11 ч.
OpenAI представила облегченную мощную ИИ-модель GPT-4o Mini — она заменит GPT-3.5 для всех пользователей 13 ч.
Опубликовано видео 1983 года, в котором Стив Джобс говорит о будущем компьютеров 14 ч.
Боевая гонка про культ помешанных на скорости орков скоро ворвётся в ранний доступ Steam — дата выхода и новый трейлер Warhammer 40,000: Speed Freeks 14 ч.
«Революционный шаг вперёд»: анонсирован мультиплеерный шутер Splitgate 2 с «крышесносными» портальными перестрелками 15 ч.
Четвёртый за год: NVIDIA приобрела ещё один облачный стартап — Brev.dev 15 ч.
Бывшая Yandex выкупит свои акции по $10,5 15 ч.
Обновление Windows 11 23H2 наконец стало доступно всем пользователям 16 ч.
Бывшие разработчики Helldivers 2, Battlefield и World of Warcraft объединились для создания сюжетной MMORPG со смесью «уютного эскапизма и тру-крайм» 16 ч.
Mozilla запустила экспериментальный API в Firefox, который поможет рекламодателям не следить за пользователями 17 ч.