22 mei 2019

Vorming primaire bouwsteen ‘trifenyleen molecuul’ van chondriet meteorieten ontrafelt

Een internationaal team van wetenschappers van de Russische Universiteit van Samara en de  Amerikaanse universiteiten van resp. Florida en Hawaï en het Livermoore Laboratorium uit Berkeley  hebben ontdekt hoe het vormingsmechanisme voor (een van) de primaire bouwstenen voor de zogeheten chondriet (n.1) meteorieten in elkaar steekt; het gaat hierbij om het trifenyleen (n.2) molecuul. Het trifenyleen molecuul is een sleutelelement waaromheen zich grotere grafeenachtige (n.3) structuren vormen, die dan geleidelijk “samen klitten” in gelaagde nanodeeltjes (n.4). Deze laatste botsen tegen elkaar en worden gecombineerd in deeltjes poly-aromatische koolwaterstoffen (PAK’s), roet en koolstof. Met deze bevindingen hebben de onderzoekers de startmechanismen gevonden voor reacties die de vorming van deze nanodeeltjes veroorzaken en naast dat het onderzoek van dienst is voor de astrochemie bij bestudering van deze moleculen in meteorieten, moleculaire wolken van sterrenstelsels en planeten is het onderzoek ook op aarde van nut doordat een beter inzicht verkregen is in de vorming van schadelijke stoffen in verbrandingskamers van vliegtuig- en automotoren.

Formatie mechanisme trifenyleen molecuul credits; SpaceDaily

De onderzoekers stelden een sequentie van transformaties voor, te starten bij een chemische verbinding (n.5) – een trifenyleen molecuul – transformerend naar grafeen nanodeeltjes, roet en koolstof. Deze stoffen, die zich bij de hemellichamen ophopen door de zwaartekrachtwerking, zijn een belangrijk bestanddeel van chondrieten, hun compositie bevat het gehele spectrum van nanodeeltjes, van PAK’s tot grafeen, maar ook van planeten en moleculaire wolken bij sterrenstelsels. De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in het artikel “Gas-Phase Synthesis of Triphenylene (C18H12)” en bereikte de cover van het wetenschappelijk tijdschrift ChemPhysChem. Het formatiemechanisme van trifenyleen werd bevestigd door kwantummechanische berekeningen uitgevoerd door een team van de Samara Universiteit en wel aan hun onderzoekslab “Physics and Chemistry of Combustion”.  “We hebben zelfs een van de startmechanismen gevonden voor reacties die de vorming van nanodeeltjes veroorzaken, die we aantreffen zowel in de verbrandingskamers van motoren als in de moleculaire wolken van de sterrenstelsels, “- zei het hoofd van het Samara laboratorium alsook professor van de Internationale Universiteit van Florida Alexander Mebel, en vervolgt; “Ons werk wekte brede interesse van de wetenschappelijke gemeenschap, niet alleen omdat we het mechanisme van de vorming van het trifenyleenmolecuul vonden, maar we bepaalden ook alle kinetische constanten van de processen die betrokken zijn bij deze reactie.”

Grootste chondriet ooit gevonden op aarde te Allende, Mexico op 8 februari 1969 credits; Wikipedia


De berekeningen toonden aan dat het proces van trifenyleenvorming niet alleen in vlammen bij hoge temperaturen kan verlopen, maar ook in omstandigheden van extra lage temperaturen in de interstellaire ruimte, wat het groeimechanisme van vlakke polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK’s) tot deeltjes op nanoschaal triggert. Bovendien, zoals blijkt uit de analyse van koolstofhoudende chondrieten die vanuit de ruimte op aarde zijn gekomen,  bevat hun samenstelling het volledige spectrum van deeltjes, variërend van eenvoudige PAK’s tot grafeen  nanodeeltjes. Mede vanwege het praktisch nut van het onderzoek naar schadelijke verbrandingsgassen zal er veel interesse zijn vanuit de hoek van ontwerpingenieurs voor het creëren van milieuvriendelijke verbrandingskamers van  motoren, en door wetenschappers die de vorming van verschillende galactische macrostructuren uit moleculaire wolken bestuderen. SpaceDaily, Wikipedia, ESA / NASA

ChemPhysChem cover nr. 6 maart 2019 credits; ChemPhysChem

*Gas-Phase Synthesis of Triphenylene (C18H12)’, Dr. Long Zhao e.a., ChemPhysChem, 18 maart 2019

n.1 Trifenyleen; is een vlakke polycyclische aromatische koolwaterstof (PAK) bestaande uit vier gesmolten benzeenringen.

n.2 Chondrieten; vormen de grootste klasse van meteorieten met een aandeel van ongeveer 86 procent. Hun naam komt van ingesloten klein silicaatkorrels, de chondrulen , die zijn ingebed in een fijnkorrelige matrix. De mineralogische samenstelling wordt gedomineerd door de mineralen olivijn, pyroxeen en plagioklaas.  Maar ze bevatten ook vrijwel altijd metaalachtig nikkelijzer en ijzersulfide. Chondrieten kunnen worden beschouwd als kosmische afzettingsgesteenten. Vaak worden ze ook wel ongedifferentieerde meteorieten genoemd, omdat hun chemische samenstelling, m.u.v. de gasvormige en vluchtige elementen zoals natrium, kalium of edelgassen, de samenstelling van de fotosfeer van onze zon, en dus van de oorspronkelijke zonne-nevel overeenkomt. Leeftijdsbepalingen door metingen van radioactieve isotopen hebben aangetoond dat chondrieten 4,5 miljard jaar geleden werden gevormd in de vroege periode van het zonnestelsel.

n.3 Grafeen; een tweedimensionaal materiaal dat bestaat uit een enkele laag koolstofatomen gerangschikt op een rooster met een hexagonale structuur. Het is het basiselement van andere koolstof allotropen. Grafeen heeft veel bijzondere eigenschappen. Zo is het meer dan 200 keer sterker dan staal, een uitstekende thermische en elektrische geleider, flexibel, zeer dun en transparant. Dit maakt het potentieel geschikt voor een breed scala aan toepassingen waaronder de ruimtevaart in o.a. lichtzeilen.

n.4 Nanodeeljtes; zijn zeer kleine deeltjes van een stof, ter grootte van 1 tot 100 nanometer (één nanometer is één miljoenste millimeter). Deze deeltjes hebben bijzondere eigenschappen die wezenlijk kunnen verschillen van ‘normale’ materialen, bijvoorbeeld andere geleiding of magnetische of toxische eigenschappen.

n.5 Chemische verbinding; een chemische substantie die bestaat uit veel identieke moleculen die bestaan uit atomen van meer dan één element dat bijeengehouden wordt door chemische bindingen. Een chemisch element  gebonden aan een identiek chemisch element is geen chemische verbinding, omdat er slechts één element in het spel is, en niet twee verschillende elementen.

Laat wat van je horen

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.