Posted on 31/05/2013

0

Σχεδόν τόσο ξεκάθαρα όπως στα διαγράμματα των βιβλίων. Εικόνα από μικροσκόπιο nc-AFM αποκαλύπτει τις θέσεις ατόμων και δεσμών σε ένα μόριο που έχει 26 άτομα άνθρακα και 14 άτομα υδρογόνου (φαίνονται τρεις συνδεδεμένοι μεταξύ τους δακτύλιοι βενζολίου)

Για πρώτη φορά οι επιστήμονες κατόρθωσαν να φωτογραφίσουν τα μόρια μιας χημικής ουσίας ακριβώς προτού αυτά αντιδράσουν μεταξύ τους καθώς και αμέσως μετά την αντίδραση. Το «στιγμιότυπο», το οποίο όπως αναφέρεται στο σχετικό δελτίο Τύπου, αποτελεί «το όνειρο κάθε χημικού», επετεύχθη χάρη σε μια νέα τεχνική που ανέπτυξαν χημικοί και φυσικοί του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στο Μπέρκλεϊ.

Χρησιμοποιώντας ένα εξελιγμένο μικροσκόπιο ατομικής δύναμης (Non-contact atomic force microscope, εν συντομία nc-AFM) οι ερευνητές κατόρθωσαν να «συλλάβουν» κάθε άτομο ξεχωριστά καθώς και τους δεσμούς που σχηματίζονται μεταξύ των ατόμων, απεικονίζοντας ευκρινώς πώς αλλάζει η δομή ενός μορίου κατά της διάρκεια μιας χημικής αντίδρασης. Μέχρι τώρα οι επιστήμονες μπορούσαν να εξαγάγουν πληροφορίες αυτού του είδους μόνο μέσω της φασματοσκοπικής ανάλυσης – ποτέ κάποιος δεν τις είχε αποτυπώσει άμεσα «εν δράσει».

Το άκρο του μικροσκοπίου ατομικής δύναμης (nc-AFM) αισθάνεται τις αλλαγές στην ένταση των ηλεκτρικών δυνάμεων.

Ένα όνειρο βγαίνει αληθινό

«Αν και χειρίζομαι αυτές τις αντιδράσεις σε καθημερινή βάση, το γεγονός ότι μπορώ πραγματικά να δω αυτές τις εικόνες με αφήνει άναυδο» σχολίασε ο Φίλιξ Φίσερ, επίκουρος καθηγητής Χημείας στο πανεπιστήμιο του Μπέρκλεϊ. «Αυτό ήταν κάτι που οι δάσκαλοί μου έλεγαν ότι δυστυχώς δεν θα μπορέσουμε να δούμε ποτέ, και να που τώρα το βλέπουμε».

Απεικόνιση των μορίων πριν και μετά την αντίδραση που πραγματοποιείται όταν η θερμοκρασία υπερβαίνει τους 90 βαθμούς Κελσίου. Φαίνονται τα δύο πιο κοινά τελικά προϊόντα της αντίδρασης.

Η δυνατότητα απεικόνισης μοριακών αντιδράσεων κατ’ αυτόν τον τρόπο πέραν της «εκπλήρωσης ενός ονείρου» θα βοηθήσει ιδιαίτερα όχι μόνο τους φοιτητές Χημείας αλλά και τους ερευνητές που προσπαθούν να αναπτύξουν νέες δομές και υλικά – όπως π.χ. οι νανοδομές από γραφένιο.

«Το μικροσκόπιο ατομικής δύναμης μας δίνει νέες πληροφορίες σχετικά με τον χημικό δεσμό, κάτι το οποίο είναι απίστευτα χρήσιμο για την κατανόηση του πώς οι διάφορες μοριακές δομές συνδέονται μεταξύ τους και πώς εμείς μπορούμε να τις μετατρέψουμε από ένα σχήμα σε ένα άλλο» εξήγησε ο έτερος επικεφαλής της μελέτης, Μάικλ Κρόμι, καθηγητής Χημείας στο Πανεπιστήμιο του Μπέρκλεϊ. «Αυτό θα μας βοηθήσει να δημιουργήσουμε νέες νανοδομές, όπως δίκτυα ατόμων με δεσμούς μεταξύ τους τα οποία θα έχουν συγκεκριμένο σχήμα και δομή ώστε να χρησιμοποιηθούν σε ηλεκτρονικές συσκευές. Ανοίγει τον δρόμο προς τα εμπρός».

Η μελέτη δημοσιεύθηκε στην επιθεώρηση «Science» με τίτλο “Direct Imaging of Covalent Bond Structure in Single-Molecule Chemical Reactions“

Επάνω οι φωτογραφίες μιας αντίδρασης με ένα μικρoσκόπιο ρεύματος σήραγγας ακίδας (STM), στο κέντρο οι νέες φωτογραφίες με το μικροσκόπιο ατομικής δύναμης nc-AFM και κάτω κλασικά διαγράμματα μοριακής δομής (Πηγή Felix Fischer and Michael Crommie, UC Berkeley)

Newsroom ΔΟΛ – phys.org

Κόβουμε ένα κλαδί πεύκου και στις δύο άκρες και το κρατάμε κατακόρυφα. Ρίχνουμε βρόμικο νερό στη μία άκρη και, ως διά μαγείας, το νερό στάζει καθαρό από την άλλη: το ξύλο των δέντρων μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως φθηνό φίλτρο για πόσιμο νερό σε αναπτυσσόμενες χώρες, δείχνει ένα πρωτότυπο πείραμα στο ΜΙΤ.

Για την απολύμανση του νερού υπάρχουν σήμερα διάφορες τεχνολογίες, όλες όμως έχουν περιορισμούς: η απολύμανση με χλώριο είναι ακριβή, η απόσταση απαιτεί καύσιμα για το βράσιμο του νερού, ενώ οι σύγχρονες μεμβράνες φιλτραρίσματος είναι δαπανηρές, απαιτούν τη χρήση αντλίας, και επιπλέον βουλώνουν εύκολα.

Το ξύλο των κωνοφόρων ή άλλων δέντρων ίσως αποδειχθεί καλή εναλλακτική. Η ψίχα του ξύλου περιέχει το λεγόμενο ξύλωμα, ένα σύστημα αγωγών που ανεβάζει νερό από τις ρίζες στα κλαδιά και τα φύλλα (ένα δεύτερο σύστημα αγωγών, το φλοίωμα, κατεβάζει θρεπτικά συστατικά από τα φύλλα μέχρι τις ρίζες).

Οι αγωγοί του ξυλώματος δεν είναι συνεχείς, αλλά χωρίζονται σε επιμέρους αγγεία, αποτελούμενα από νεκρά κύτταρα, τα οποία συνδέονται μεταξύ τους στις άκρες μέσω μικρών οπών που ονομάζονται βοθρία.

Μια βασική λειτουργία των οπών αυτών είναι να εμποδίζουν τυχόν φυσαλίδες να μετακινούνται από αγγείο σε αγγείο και να φράζουν το σύστημα. Όπως αποδεικνύεται όμως, τα βοθρία μπορούν να λειτουργούν και ως φίλτρα νερού που κατακρατούν τυχόν σωματίδια.

«Τα φυτά έπρεπε να βρουν τρόπο να φιλτράρουν τις φυσαλίδες αέρα και ταυτόχρονα να επιτρέπουν την εύκολη ροή των χυμών» παρατηρεί o Ρόιτ Κάρνικ, μέλος της ερευνητικής ομάδας στο MIT. «Αντιμετωπίζουμε το ίδιο πρόβλημα με το φιλτράρισμα του νερού, καθώς θέλουμε να κατακρατήσουμε τα μικρόβια διατηρώντας ταυτόχρονα υψηλή ροή» εξηγεί.

Η ομάδα του πειραματίστηκε με φέτες από ξύλο πεύκου, πάχους περίπου 3 εκατοστών, τις οποίες στρίμωξαν μέσα σε πλαστικούς σωλήνες ώστε να μην κυλά το νερό από το πλάι. Για να δοκιμάσουν το φίλτρο, διοχέτευσαν στην πάνω επιφάνεια νερό που περιείχε σωματίδια κόκκινου μελανιού με διάμετρο έως 500 νανόμετρα (εκατομμυριοστά του χιλιοστού). Το πείραμα έδειξε ότι το ξύλωμα φιλτράρει ουσιαστικά όλα τα σωματίδια άνω των 20 περίπου νανομέτρων, τα οποία συγκεντρώνονται στο ανώτατο επιφανειακό στρώμα βάθους λίγο μόνο χιλιοστών.

Αυτό θα σήμαινε ότι το ξύλο μπορεί να κατακρατεί τα περισσότερα βακτήρια, τα μικρότερα από τα οποία έχουν μήκος γύρω στα 200 νανόμετρα. Πράγματι, όταν οι ερευνητές χρησιμοποίησαν νερό μολυσμένο με το κολοβακτήριο Escherichia coli, το ξύλο απομάκρυνε το 99% των μικροβίων.Η ερευνητική ομάδα σχεδιάζει τώρα να πειραματιστεί με περισσότερα είδη δέντρων προκειμένου να βρει το πιο κατάλληλο για χρήση σε φθηνά φίλτρα. Η έρευνα δημοσιεύεται στην ηλεκτρονική επιθεώρηση PLoS ONE.

Πηγή : in.gr

ΑΠΌ http://tinanantsou.blogspot.gr/2014/03/blog-post_9046.html

Οι επιστήμονες ανακοίνωσαν ότι ανακάλυψαν στην ατμόσφαιρα του πλανήτη μας τέσσερα άγνωστα έως τώρα και, σύμφωνα με όλες τις ενδείξεις, νέα ανθρωπογενή αέρια, τα οποία συμβάλλουν στην καταστροφή του όζοντος.
Πρόκειται για τρεις χλωροφθοράνθρακες (CFCs) και έναν υδροχλωροφθοράνθρακα (HCFC), η προέλευση των οποίων είναι άγνωστη προς το παρόν. Θεωρείται σχεδόν σίγουρο ότι η πηγή τους είναι κάποιες χημικές βιομηχανίες στο βόρειο ημισφαίριο, αλλά είναι ακόμη άγνωστο αν η παραγωγή τους παραβαίνει τη διεθνή περιβαλλοντική νομοθεσία ή γίνεται με βάση κάποιο «παραθυράκι» των κανονισμών του Πρωτοκόλλου του Μόντρεαλ.
Οι ερευνητές από διάφορες χώρες, με επικεφαλής τον δρα Γιοχάνες Λάουμπε της Σχολής Περιβαλλοντικών Επιστημών του Πανεπιστημίου East Anglia, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό γεωεπιστημών «Nature Geoscience», σύμφωνα με το BBC, το πρακτορείο Ρόιτερ και το «New Scientist», δήλωσαν ότι «αυτά τα αέρια δεν υπήρχαν στην ατμόσφαιρα καθόλου έως τη δεκαετία του ’60, πράγμα που δείχνει ότι είναι ανθρωπογενή».

Τα αέρια έχουν τις ονομασίες CFC-112, CFC-112a, CFC-113a και HCFC-133a. Οι επιστήμονες εκτιμούν ότι μέχρι σήμερα πάνω από 74.000 τόνοι αυτών των τεσσάρων νέων αερίων έχουν απελευθερωθεί. Δύο από αυτά εμφανίζουν σημαντική τάση συσσώρευσης στην ατμόσφαιρα (το πιο ανησυχητικό από τα τέσσερα είναι το CFC-113a, που αυξάνεται με τον πιο ταχύ ρυθμό).
Η ανακάλυψη έγινε, όταν οι ερευνητές σύγκριναν σημερινά δείγματα αέρα με αέρα που είχε παγιδευτεί στους πολικούς πάγους, οι οποίοι αποτελούν ένα ιστορικό «αρχείο» των μεταβολών στην ατμόσφαιρα. Επίσης έκαναν συγκρίσεις δειγμάτων αέρα μεταξύ 1978 και 2012 στην απομονωμένη Τασμανία, που δεν έχει ατμοσφαιρική ρύπανση.
Οι χλωροφθοράνθρακες, που εφερεύθηκαν στον μεσοπόλεμο και βρήκαν ευρείες πρακτικές εφαρμογές (στα ψυγεία, στα κλιματιστικά, στα σπρέι κ.α.), είναι χημικές αέριες ουσίες που καταστρέφουν το στρώμα του όζοντος πάνω από τις πολικές περιοχές, προκαλώντας ιδίως την «τρύπα» πάνω από την Ανταρκτική, η οποία για πρώτη φορά είχε ανακαλυφθεί το 1985. Οι εκπομπές τους είχαν φθάσει στο ύψος-ρεκόρ του ενός εκατομμυρίου τόννων ετησίως.
Το διεθνές Πρωτόκολλο του Μόντρεαλ (1987) και οι έλεγχοι που τέθηκαν στην παραγωγή αυτών των ουσιών από το τέλος της δεκαετίας του ΄80, επέτρεψαν να βελτιωθεί η κατάσταση διεθνώς. Όμως, αν και το 2010 υπήρξε σχεδόν καθολική απαγόρευση αυτών των ουσιών, υπάρχουν ακόμα «παραθυράκια» στη διεθνή νομοθεσία, τα οποία επιτρέπουν την παραγωγή χλωροφθορανθράκων για κάποιες περιπτώσεις που έχουν εξαιρεθεί.
«Η ανίχνευση αυτών των τεσσάρων νέων αερίων είναι πολύ ανησυχητική, επειδή θα συμβάλουν στην καταστροφή του στρώματος του όζοντος. Δεν γνωρίζουμε από πού εκπέμπονται αυτά τα αέρια και αυτό είναι κάτι που πρέπει να διερευνηθεί», δήλωσε ο Λάουμπε. Οι πιθανές πηγές προέλευσης είναι η χρήση χημικών ουσιών για την παραγωγή εντομοκτόνων και η χρήση διαλυτικών ουσιών για τον καθαρισμό εξαρτημάτων από τις βιομηχανίες ηλεκτρονικών.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, «οι τρεις χλωροφθοράνθρακες καταστρέφονται πολύ αργά στην ατμόσφαιρα, έτσι ακόμα κι αν επρόκειτο να σταματήσουν αμέσως οι εκπομπές τους, θα συνεχίσουν να παραμένουν στην ατμόσφαιρα για πολλές δεκαετίες ακόμη».
Το στρώμα του όζοντος, σε ύψος 15 έως 30 χιλιομέτρων πάνω από την επιφάνεια της Γης, παίζει ζωτικό ρόλο στην προστασία από τις επικίνδυνες για την υγεία υπεριώδεις ηλιακές ακτίνες, οι οποίες προκαλούν καρκίνο του δέρματος και καταρράκτη στα μάτια στους ανθρώπους, καθώς και προβλήματα αναπαραγωγής στα ζώα.
Άλλοι επιστήμονες επεσήμαναν πως -προς το παρόν τουλάχιστον- οι συγκεντρώσεις των τεσσάρων νέων αερίων στην ατμόσφαιρα είναι μικρές (κάτω του 1% των εκπομπών προ του Πρωτοκόλλου του Μόντρεαλ) και δεν αποτελούν πηγή άμεσης ανησυχίας. Όμως, όπως είπε, ο καθηγητής Πιρς Φόρστερ του Πανεπιστημίου του Λιντς, δείχνουν ότι «η καταστροφή του όζοντος δεν είναι χθεσινή ιστορία».
Σύμφωνα με τους ερευνητές, πέρα από την καταστροφή του όζοντος, τα τέσσερα νέα αέρια πιθανότατα λειτουργούν και ως «αέρια του θερμοκηπίου», επιδεινώνοντας την κλιματική αλλαγή. Τέλος, δεν απέκλεισαν η ανακάλυψή τους να είναι μόνο η «κορυφή του παγόβουνου» και να ανιχνευθούν και άλλα άγνωστα ως τώρα παρόμοια αέρια.