न्यूट्रॉन मायावी कार्बोनिक एसिड की क्रिस्टल संरचना को उजागर करते हैं
हर कोई मानता है कि वे इसे जानते हैं, लेकिन यह रसायन विज्ञान के सबसे बड़े रहस्यों में से एक है: कार्बोनिक एसिड। अब तक किसी ने रासायनिक सूत्र H वाले हाइड्रोजन, ऑक्सीजन और कार्बन से बने यौगिक की आणविक संरचना को कभी नहीं देखा था2सीओ3. यौगिक तेजी से टूटता है - कम से कम पृथ्वी की सतह पर - पानी और कार्बन डाइऑक्साइड में या हाइड्रोजन कार्बोनेट बनाने के लिए प्रतिक्रिया करता है, एक पदार्थ जो टूट भी जाता है।
यह वह है जो मिनरल वाटर और शैम्पेन को फ़िज़ देता है।"क्योंकि लोग उस पर विश्वास नहीं करते हैं जो वे नहीं देख सकते, रसायन विज्ञान की किताबें आम तौर पर दावा करती हैं कि कार्बोनिक एसिड मौजूद नहीं है या कम से कम इसे पूर्ण निश्चितता के साथ अलग नहीं किया जा सकता है,"आरडब्ल्यूटीएच आचेन में अकार्बनिक रसायन विज्ञान संस्थान के निदेशक प्रो। रिचर्ड द्रोन्स्कोव्स्की कहते हैं।
आरडब्ल्यूटीएच और शेन्ज़ेन, चीन में हॉफमैन इंस्टीट्यूट फॉर एडवांस्ड मैटेरियल्स (HIAM ) में अपनी टीम के साथ, वह अब पहली बार क्रिस्टलीय कार्बोनिक एसिड का उत्पादन करने और इसकी संरचना का विश्लेषण करने में सफल रहा है। इसलिए पाठ्यपुस्तकों को फिर से लिखने का समय आ गया है।
यौगिक के अस्तित्व को साबित करने में शोधकर्ताओं को आठ साल लग गए।"हमारी कंप्यूटर-आधारित गणनाओं ने शुरू में दिखाया कि हमें पानी और कार्बन डाइऑक्साइड से बनने वाले कार्बोनिक एसिड क्रिस्टल के लिए लगभग 20,000 वायुमंडल के दबाव के साथ माइनस 100 डिग्री सेल्सियस का तापमान बनाना होगा। इसलिए हमें एक ऐसे उपकरण का डिजाइन और निर्माण करना पड़ा जो इन चरम स्थितियों का सामना कर सके,"द्रोण्स्कोव्स्की कहते हैं।
माप कक्ष की दीवारें, जो इत्र की बोतल से बड़ी नहीं होती हैं, विशेष रूप से निर्मित मिश्र धातु से बनी होती हैं। एक हीरे की खिड़की शोधकर्ताओं को अंदर देखने की अनुमति देती है। इस सेल में, जमे हुए पानी और कार्बन डाइऑक्साइड सूखी बर्फ के मिश्रण को निहाई के दबाव के अधीन किया जाता है। इन चरम स्थितियों में, वास्तव में क्रिस्टल बनते हैं।
बेहतर देखने के लिए न्यूट्रॉन का उपयोग करना
क्रिस्टल की संरचना और संरचना के बारे में अधिक जानने के लिए, टीम माप सेल को म्यूनिख में एफआरएम द्वितीय में ले गई:"हमारे अन्वेषणों के लिए, हमें न्यूट्रॉन पुंजों की आवश्यकता थी,"द्रोण्स्कोव्स्की याद करते हैं।
"एक्स-रे परमाणुओं में इलेक्ट्रॉनों के साथ बातचीत करते हैं। लेकिन न्यूट्रॉन नाभिक के साथ परस्पर क्रिया करते हैं। नतीजतन, उनका उपयोग बहुत हल्के परमाणुओं को भी दृश्यमान बनाने के लिए किया जा सकता है, जैसे कि हाइड्रोजन, जिसमें केवल एक इलेक्ट्रॉन होता है। यह हमारे लिए जरूरी था क्योंकि हमारे क्रिस्टल में हाइड्रोजन होता है। हमें यह जानना था कि अणु में हाइड्रोजन परमाणु कहाँ स्थित हैं।"
क्रिस्टल की परमाणु संरचना की जांच करने के लिए न्यूट्रॉन बीम का उपयोग करने के लिए अत्यंत संवेदनशील माप उपकरणों की आवश्यकता होती है जैसे कि स्ट्रेस-स्पेक डिफ्रेक्टोमीटर। यह क्रिस्टल जाली पर तनाव के विस्थापन प्रभाव को मापने के लिए विकसित किया गया था। माप के लिए, एफआरएम द्वितीय अनुसंधान रिएक्टर द्वारा उत्सर्जित न्यूट्रॉन बीम से एक विशिष्ट तरंग दैर्ध्य का चयन करने के लिए एक मोनोक्रोमेटर का उपयोग किया जाता है।
टीयूएम शोधकर्ता और एफआरएम द्वितीय समूह के नेता डॉ माइकल होफमैन बताते हैं कि इस मोनोक्रोमैटिक बीम को माप सेल के इंटीरियर पर पूरी तरह से ध्यान केंद्रित करने के लिए विशेष स्लिट्स का उपयोग करने का लक्ष्य रखा जा सकता है:"यह हमें अत्यधिक उच्च रिज़ॉल्यूशन पर बहुत छोटे नमूना संस्करणों का अध्ययन करने में सक्षम बनाता है। आचेन से नमूने के विश्लेषण के लिए, जिसकी मात्रा केवल कुछ घन मिलीमीटर थी, यह आदर्श था।"
जब मोनोक्रोमैटिक न्यूट्रॉन बीम एक क्रिस्टल से टकराता है, तो यह परमाणुओं के साथ परस्पर क्रिया के माध्यम से विक्षेपित हो जाता है। यह एक विवर्तन पैटर्न उत्पन्न करता है जिससे क्रिस्टल जाली की संरचना का अनुमान लगाया जा सकता है - कम से कम सैद्धांतिक रूप से।
संरचना पहेली
"व्यावहारिक रूप में, माप डेटा का विश्लेषण एक वास्तविक चुनौती थी,"द्रोण्स्कोव्स्की कहते हैं। शोधकर्ताओं को अपने एल्गोरिदम के साथ हजारों संरचनात्मक संभावनाओं की पहचान करने और प्रायोगिक परिणामों के खिलाफ उनकी जांच करने में दो साल से अधिक का समय लगा। इस दृष्टिकोण के साथ, वे अंततः माप सेल के इंटीरियर में बनने वाले क्रिस्टल की संरचना की पहचान करने में सफल रहे: वे वास्तव में एच से मिलकर बने2सीओ3 ;अणु हाइड्रोजन बॉन्ड से जुड़े होते हैं, जो कम समरूपता बनाते हैं"monocline "संरचना।
"हमारा काम मुख्य रूप से मौलिक शोध था: रसायनज्ञों को बस यह जानने की जरूरत है - वे अपनी मदद नहीं कर सकते। लेकिन अब, जहां हम उन परिस्थितियों को जानते हैं जिनमें कार्बोनिक एसिड बनता है, हम व्यावहारिक अनुप्रयोगों की कल्पना कर सकते हैं,"द्रोण्स्कोव्स्की कहते हैं।
उदाहरण के लिए, दूर के ग्रहों या चंद्रमाओं पर कार्बोनिक एसिड के निशान का पता लगाने वाले ब्रह्मांड विज्ञानी वहां की स्थितियों पर निष्कर्ष निकालने में सक्षम होंगे। परिणाम जियोइंजीनियरिंग के लिए भी दिलचस्प हो सकते हैं: उदाहरण के लिए, अब यह गणना करना संभव है कि कार्बन डाइऑक्साइड को जमीन के नीचे गीली परिस्थितियों में उच्च दबाव में रखने पर कार्बोनिक एसिड क्रिस्टल कब बनेंगे।
शोध में प्रकाशित किया गया था ;अकार्बनिक.
