7. Juni 2019 Bulletin

Gekennzeichnet diese Woche

Plutonium

Plutonium ist ein transuranisches radioaktives chemisches Element mit dem Symbol Pu und der Ordnungszahl 94. Es ist ein silbergraues Aktinidenmetall, das an der Luft anläuft und bei Oxidation eine matte Beschichtung bildet. Das Element weist normalerweise sechs Allotrope und vier Oxidationsstufen auf. Es reagiert mit Kohlenstoff, Halogenen, Stickstoff, Silizium und Wasserstoff. Wenn es feuchter Luft ausgesetzt wird, bildet es Oxide und Hydride, die die Probe auf bis zu 70% ihres Volumens ausdehnen, was wiederum als pyrophores Pulver abblättert. Es ist radioaktiv und kann sich in Knochen ansammeln, was den Umgang mit Plutonium gefährlich macht. [1] Sehr geringe Mengen an Plutonium kommen auf natürliche Weise vor. Plutonium-239 und Plutonium-240 werden in Kernkraftwerken gebildet, wenn Uran-238 Neutronen einfängt. [2]


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Fgegessen Artikel

Wissenschaftler haben gerade eine bizarre Form von Eis geschaffen, die halb so heiß ist wie die Sonne

Es hat einen der leistungsstärksten Laser der Welt gebraucht, aber Wissenschaftler haben es geschafft. Sie haben die Existenz von "superionischem" heißem eisgefrorenem Wasser bestätigt, das bei Tausenden von Wärmegraden fest bleiben kann. Diese bizarre Form von Eis ist aufgrund des enormen Drucks möglich, und die Ergebnisse des Experiments könnten Aufschluss über die innere Struktur riesiger Eisplaneten wie Uranus und Neptun geben. Auf der Erdoberfläche variieren die Siede- und Gefrierpunkte von Wasser nur geringfügig - im Allgemeinen kochen, wenn es sehr heiß ist, und gefrieren, wenn es kalt ist. Beide Zustandsänderungen erfolgen jedoch nach Lust und Laune des Drucks (deshalb ist der Siedepunkt von Wasser in höheren Lagen niedriger). Im Vakuum des Weltraums kann Wasser nicht in flüssiger Form existieren. Es kocht und verdampft sofort sogar bei -270 Grad Celsius - der Durchschnittstemperatur des Universums - bevor es in Eiskristalle zerfällt. Es wurde jedoch die Theorie aufgestellt, dass in Umgebungen mit extrem hohem Druck das Gegenteil der Fall ist: Das Wasser verfestigt sich auch bei extrem hohen Temperaturen. Wissenschaftler des Lawrence Livermore National Laboratory haben dies erst kürzlich zum ersten Mal direkt beobachtet, wie in einem Artikel aus dem letzten Jahr beschrieben. Sie schufen Eis VII, die kristalline Form von Eis über dem 30,000-fachen des atmosphärischen Drucks der Erde oder 3 Gigapascal, und strahlten es mit Lasern. Das resultierende Eis hatte einen leitenden Ionenfluss anstelle von Elektronen, weshalb es als superionisches Eis bezeichnet wird. Jetzt haben sie es mit Folgeexperimenten bestätigt. Sie haben vorgeschlagen, die neue Form Ice XVIII zu nennen. Im vorherigen Experiment konnte das Team nur allgemeine Eigenschaften wie Energie und Temperatur beobachten. Die feineren Details der inneren Struktur blieben schwer fassbar. Daher entwarfen sie ein Experiment mit Laserpulsen und Röntgenbeugung, um die Kristallstruktur des Eises aufzudecken. "Wir wollten die Atomstruktur von superionischem Wasser bestimmen", sagte die Physikerin Federica Coppari vom LLNL. "Angesichts der extremen Bedingungen, unter denen dieser schwer fassbare Materiezustand als stabil vorausgesagt wird, war es eine äußerst schwierige Aufgabe, Wasser auf solche Drücke und Temperaturen zu komprimieren und gleichzeitig Schnappschüsse der Atomstruktur zu machen, was ein innovatives experimentelles Design erforderte." Hier ist das Design. Zunächst wird eine dünne Wasserschicht zwischen zwei Diamantambosse gelegt. Dann werden sechs Riesenlaser verwendet, um eine Reihe von Stoßwellen mit zunehmend zunehmender Intensität zu erzeugen, um das Wasser bei Drücken von bis zu 100-400 Gigapascal oder dem 1- bis 4-Millionen-fachen des atmosphärischen Drucks der Erde zu komprimieren. Gleichzeitig erzeugen sie Temperaturen zwischen 1,650 und 2,760 Grad Celsius (die Sonnenoberfläche beträgt 5,505 Grad Celsius). Dieses Experiment war so konzipiert, dass das Wasser beim Komprimieren gefriert. Da die Druck- und Temperaturbedingungen jedoch nur für den Bruchteil einer Sekunde aufrechterhalten werden konnten, waren sich die Physiker nicht sicher, ob sich die Eiskristalle bilden und wachsen würden. Also strahlten sie mit Lasern ein kleines Stück Eisenfolie mit 16 zusätzlichen Impulsen ab und erzeugten eine Plasmawelle, die genau zum richtigen Zeitpunkt einen Röntgenblitz erzeugte. Diese Blitze wurden von den Kristallen im Inneren gebeugt und zeigten, dass das komprimierte Wasser tatsächlich gefroren und stabil war. "Die von uns gemessenen Röntgenbeugungsmuster sind eine eindeutige Signatur für dichte Eiskristalle, die sich während der ultraschnellen Stoßwellenkompression bilden. Dies zeigt, dass die Keimbildung von festem Eis aus flüssigem Wasser schnell genug ist, um im Nanosekundenbereich des Experiments beobachtet zu werden", sagte Coppari. Diese Röntgenstrahlen zeigten eine nie zuvor gesehene Struktur - kubische Kristalle mit Sauerstoffatomen an jeder Ecke und einem Sauerstoffatom in der Mitte jeder Fläche. "Das Finden direkter Beweise für die Existenz eines kristallinen Sauerstoffgitters bringt das letzte fehlende Teil des Puzzles bezüglich der Existenz von superionischem Wassereis", sagte der Physiker Marius Millot vom LLNL. "Dies gibt den Beweisen für die Existenz von superionischem Eis, das wir letztes Jahr gesammelt haben, zusätzliche Stärke." Das Ergebnis zeigt einen Hinweis darauf, wie Eisriesen wie Neptun und Uranus so seltsame Magnetfelder haben könnten, die in bizarren Winkeln geneigt sind und Äquatoren haben, die den Planeten nicht umkreisen. Früher wurde angenommen, dass diese Planeten anstelle eines Mantels einen flüssigen Ozean aus ionischem Wasser und Ammoniak hatten. Die Forschung des Teams zeigt jedoch, dass diese Planeten einen festen Mantel wie die Erde haben könnten, aber aus heißem superionischem Eis anstelle von heißem Gestein bestehen. Da superionisches Eis hochleitfähig ist, könnte dies die Magnetfelder der Planeten beeinflussen. „Da das Wassereis unter den inneren Bedingungen von Uranus und Neptun ein kristallines Gitter aufweist, argumentieren wir, dass superionisches Eis nicht wie eine Flüssigkeit wie der flüssige Eisenaußenkern der Erde fließen sollte. Vielmehr ist es wahrscheinlich besser, sich vorzustellen, dass superionisches Eis ähnlich wie der Erdmantel fließen würde, der aus festem Gestein besteht, jedoch auf sehr langen geologischen Zeitskalen großflächige konvektive Bewegungen fließt und unterstützt “, sagte Millot.

http://www.sciencealert.com.au

Neue elektrochemische Methode erkennt PFOS und PFOA

Forscher haben eine elektrochemische Methode entwickelt, um Tenside, insbesondere Perfluoroctansulfonat (PFOS) und Perfluoroctansäure (PFOA), mit hoher Empfindlichkeit und Spezifität (Anal. Chem. 2019, DOI: 10.1021 / acs.analchem.9b01060). Perfluorierte Tenside sind aufgrund von Perfluoralkylresten hochstabil und in Produkten wie Antihaftbeschichtungen und Feuerlöschschaum üblich. Die chronische Exposition gegenüber zwei solchen Perfluoralkylsubstanzen, PFOS und PFOA, wurde mit gesundheitlichen Problemen beim Menschen in Verbindung gebracht. Obwohl diese beiden Chemikalien in der Industrie nicht mehr verwendet werden, bleiben sie in der Umwelt erhalten und können das Trinkwasser verunreinigen. Long Luo, ein analytischer Chemiker an der Wayne State University, begann seine Suche nach einem neuen Weg, um diese schädlichen Chemikalien nach einem solchen PFOS / PFOA-Kontaminationsereignis in einer Stadt in Michigan im Sommer 2018 nachzuweisen. Die am häufigsten verwendete Nachweismethode verwendet die Hochleistungsflüssigchromatographie mit Tandem-Massenspektrometrie (HPLC-MS / MS), die komplexe Instrumente erfordert und bis zu 300 USD pro Probe kosten kann, sagt Luo. In der Hoffnung, eine einfachere und kostengünstigere Methode zu entwickeln, wandte sich das Team der Elektrochemie zu. Ihre Methode basiert auf einem Phänomen, das als elektrochemische Blasennukleation bekannt ist. Durch Anlegen eines elektrischen Potentials an eine Elektrode in einer wässrigen Lösung wird Wasser in Wasserstoffgas und Sauerstoff gespalten. Durch Hochfahren des Stroms wird die Gaskonzentration in der Nähe der Elektrode erhöht, bis sich eine Blase bildet, die die Elektrodenoberfläche blockiert und den Strom abfallen lässt. Tenside verringern die Oberflächenspannung und erleichtern die Bildung solcher Blasen, was bedeutet, dass die zur Bildung dieser Blasen erforderliche Strommenge umgekehrt zur Tensidkonzentration in Beziehung steht. Um ihre Methode zu testen, stellten Luo und seine Mitarbeiter winzige Platinelektroden mit einem Durchmesser von weniger als 100 nm her (kleinere Elektroden sind empfindlicher). Das Team konnte PFOS- und PFOA-Konzentrationen von nur 80 µg / L bzw. 30 µg / L nachweisen. Durch die Vorkonzentration von Proben mittels Festphasenextraktion wurde die Nachweisgrenze unter 70 ng / l gesenkt - die von den USA festgelegte Gesundheitsempfehlung für Trinkwasser Umweltschutzbehörde. Das Verfahren blieb auch in Gegenwart einer 1,000-fach höheren Konzentration von Poly (ethylenglykol), einem Nicht-Tensidmolekül mit einem Molekulargewicht ähnlich dem von PFOS, empfindlich und selektiv für den Nachweis von Tensiden. „Elektrochemische Methoden sind im Allgemeinen vielversprechend für die Messung sehr geringer Schadstoffkonzentrationen in komplexen Matrices“, sagt Michelle Crimi, Umweltingenieurin an der Clarkson University. "Ich freue mich darauf, mehr über die Zukunft dieser Technologie zu erfahren, einschließlich ihrer Validierung in feldkontaminierten Wasserproben." Laut Luo ist es das ultimative Ziel, ein Handgerät zum Testen von Wasser in Bächen und anderen Feldstandorten zu entwickeln - nicht nur zum Trinken von Wasser. Ein wichtiger Schritt in diesem Prozess wird die Entwicklung einer Vorbehandlungsphase sein, um andere Tenside zu eliminieren, die ebenfalls die Blasenbildung an Elektroden fördern, wie Natriumdodecylsulfat.

http://pubs.acs.org/cen/news

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