Sistema de carbonato de la naturaleza, la química dinámica que implica dióxido de carbono CO 2 , carbonato CO 32- , bicarbonato HCO 3- y ácido carbónico H 2 CO 3 , es un componente vital de la biosfera.El carbonato, el bicarbonato y el ácido carbónico emergen cuando el dióxido de carbono atmosférico se disuelve en los océanos, que es el sumidero más grande de este gas de efecto invernadero.Los investigadores están interesados en comprender mejor el sistema de carbonato para ayudar a facilitar los esquemas de secuestro de carbono, especialmente con minerales que unen carbono, para ayudar a mitigar el cambio climático.El sistema de carbonato también es fundamental para los sistemas de respiración biológica, otra razón por la cual los investigadores están interesados en esta química.
Recientemente, un grupo de químicos de la Universidad de California, Berkeley se asoció con científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley LBNL e hizo descubrimientos innovadores sobre el comportamiento de las especies de carbonatos en las superficies de agua salada, como la del océano.hallazgos esta semana en The Revista de Física Química , de AIP Publishing.
Según uno de los autores del artículo, el profesor de química de UC Berkeley, Richard Saykally, una gran motivación para esta investigación fue comprender los procesos químicos involucrados en el secuestro de carbono. Descubrieron que si bien el ácido carbónico neutro estaba más presente en la superficie, al igual queesperado, el ion carbonato más altamente cargado era más abundante que el bicarbonato más débil.
"Queremos avanzar en general en nuestra comprensión del ciclo global del carbono", dijo Saykally. "Los aspectos de este ciclo en los que nos hemos centrado comienzan con el dióxido de carbono en la atmósfera disolviéndose en agua salada, seguido de una química muy interesante"
El dióxido de carbono es capturado por la superficie del agua y se hidrata para formar ácido carbónico o bicarbonato, que luego puede ionizarse en bicarbonato o carbonato donde el carbonato puede reaccionar con iones de magnesio o calcio disueltos para formar piedra caliza.
"Queremos saber todos los pasos que van desde el dióxido de carbono gaseoso en la atmósfera hasta la piedra caliza", dijo Saykally. "Nuestro objetivo es comprender todos los detalles en todos los pasos de ese proceso".
El candidato al doctorado en química de UC Berkeley, Royce Lam, coautor del artículo que dirigió gran parte de la investigación, quería basarse en exámenes anteriores de la estructura de hidratación de las especies del sistema carbónico, centrándose en la abundancia relativa de especies de carbonatos en el líquidosuperficie.
En colaboración con el Dr. Hendrik Bluhm de LBNL, Lam y sus coautores utilizaron la línea de haz de espectroscopía de fotoemisión a presión ambiental APPES 11.0.2 en el sincrotrón de fuente de luz avanzada en LBNL, para realizar la espectroscopía de fotoemisión de rayos X XPS mediciones: una forma de sondear la composición molecular de los materiales utilizando un haz intenso de rayos X de alta energía. El sistema XPS les permitió sondear diferentes aspectos del sistema de carbonato a los que antes no podían acceder.
"Lo especial de XPS es que nos permite sondear a diferentes profundidades en la superficie del agua", dijo Lam. "Esta es una de las pocas líneas de haz en el mundo que puede hacer esta clase de experimentos con líquidos".
Para las muestras, Lam combinó soluciones de la especie de carbonato y ácido clorhídrico, que fortuitamente se parecía al sistema oceánico. Con un dispositivo de microjet líquido, los investigadores inyectaron estas muestras en una cámara de vacío y las probaron en múltiples energías de rayos X para deducir elAbundancias relativas de las especies de carbonatos de los electrones fotoemitidos.
En la superficie líquida, tanto el carbonato como el ácido carbónico fueron más abundantes que el biocarbonato. La sorpresa más significativa fue que el carbonato más altamente cargado era más abundante en la superficie que el bicarbonato menos cargado, lo que entra en conflicto con las expectativas de los modelos teóricos existentes.
Esto plantea una pregunta importante acerca de dónde podría moverse el bicarbonato en el sistema, con la posibilidad de que el carbonato pueda "emparejarse con iones" con sodio, cambiando la química y haciendo que el bicarbonato se mueva a profundidades más bajas.
"Todavía estamos trabajando en la teoría y esperamos que este documento estimule una discusión teórica adicional que en realidad pueda arrojar ideas definitivas sobre lo que está sucediendo aquí", dijo Lam.
Lam espera que esta investigación también conduzca a una investigación más directa sobre las posibilidades de secuestro de carbono.
"Entonces, el siguiente paso sería estudiar más a fondo el emparejamiento de iones, y esencialmente la formación de piedra caliza o mineral, específicamente, observar la interacción de los iones de calcio y magnesio con el carbonato", dijo Lam sobre una posibilidad de secuestro de carbono que discutió.
Saykally siente que esta investigación se conecta con todo el sistema de química del carbonato acuoso, con aplicaciones que van desde el secuestro de carbono hasta la investigación biomédica.
"Para lograr este tipo de avances, creo que debes conocer cada detalle de la química involucrada en todos esos pasos del sistema de carbonato de agua", dijo Saykally. "Es una química muy compleja con profundas implicaciones prácticas"
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Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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