Para los geocientíficos, observar cómo reaccionan los minerales en diferentes condiciones puede proporcionar una gran cantidad de información sobre las características de los materiales que componen nuestro mundo. En algunos casos, simplemente exponer los minerales a ambientes a base de agua puede producir propiedades y resultados interesantes.
En un nuevo estudio del Laboratorio Nacional de Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. DOE, los científicos colocaron pequeñas partículas de óxido de hierro en una solución ácida, causando la oxidación de los átomos de hierro en la superficie de las partículas. A medida que la reacción progresaba, los investigadorestensión observada que se acumuló y penetró dentro de la partícula mineral.
La forma de las partículas controlaba el grado y el tipo de tensión, dijo el físico de Argonne Paul Fenter. "Cuando observamos cómo reaccionan las cosas, generalmente no nos preocupamos tanto por la forma o la morfología del material. En este caso,tenemos un resultado en el que la distribución espacial de la reactividad dentro de la partícula no es uniforme, lo que creemos que finalmente está controlado por su tamaño y forma ", dijo.
Al observar las partículas de óxido de hierro, también conocidas como magnetita, Fenter y sus colegas observaron la formación de hematita, una reacción que comienza en la superficie de la partícula. "Esencialmente, lo que sucede es que estamos cambiando de un tipo de óxidoen un tipo diferente de óxido ", dijo el investigador postdoctoral Ke Yuan, el primer autor del estudio.
Cuando los investigadores observaron los cambios en la partícula causados por la oxidación, observaron la tensión que penetraba dentro del material, así como la aparición de defectos aislados. "Nos estamos alejando de la comprensión de estas reacciones que ocurren de manera uniforme en"Un gran grupo de material hacia una comprensión más sofisticada de cómo la forma y la morfología de las partículas pueden alterar e influir en cómo se produce una reacción", dijo Fenter.
"Aunque estas partículas son todas de magnetita, todas reaccionan de maneras algo diferentes, por lo que este es un desafío para comprender cómo proceden las reacciones en los sistemas donde hay micro y nanoestructuras diferentes de las partículas", agregó Yuan.
Para identificar las distribuciones de deformación en el material, los investigadores utilizaron una técnica llamada imagen de difracción coherente CDI, que les permitió mirar dentro de la red atómica del material. Usando CDI en la Fuente de Fotones Avanzados de Argonne APS, un DOEEl Centro de Usuarios de la Oficina de Ciencia, los científicos pudieron detectar una pequeña reducción en el espacio de la red menos del uno por ciento como resultado de la oxidación del hierro. Esta pequeña diferenciación en el espacio de la red se extendió de manera desigual por todo el hierro.partículas de óxido; los investigadores creen que es responsable de crear los defectos que observaron los científicos.
"La capacidad del APS de proporcionar rayos X coherentes brillantes lo hace único para este tipo de experimento", dijo Wonsuk Cha, científico de la línea del haz APS. "Al generar rayos X altamente penetrantes con un flujo coherente sustancial, y luego combinarlos con X dedicadode rayos X, podemos mapear la estructura interna y la deformación en materiales en 3D con resolución espacial a nanoescala y sensibilidad atómica ".
Según Fenter, la aplicación de CDI a materiales reales y geoquímicamente relevantes representa un salto adelante para la técnica. "Lo realmente novedoso de este trabajo es que lo estamos haciendo con minerales geológicos que pueden tener morfologías irregulares, en lugar de partículas idealizadascon formas bien definidas ", dijo." Es una nueva aplicación de estas herramientas para comprender cómo ocurre este comportamiento en minerales de tamaño nanométrico ".
"Es un buen modelo de sistema para sistemas naturales", agregó Yuan. "Nos da una buena manera de comprender la reactividad de los sistemas naturales complejos".
Fenter explicó que los hallazgos podrían tener una relevancia más amplia para la comunidad de la geociencia. Los estudios futuros que analizan cómo los iones se unen a la superficie de un mineral podrían verse afectados por la tensión, incluso cuando esa cepa se origina en el interior del material, dijo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Argonne . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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