Uitgelicht deze week
Plutonium is een transuraan radioactief chemisch element met symbool Pu en atoomnummer 94. Het is een actinidemetaal met een zilvergrijs uiterlijk dat verkleurt bij blootstelling aan lucht en een doffe laag vormt bij oxidatie. Het element vertoont normaal gesproken zes allotropen en vier oxidatietoestanden. Het reageert met koolstof, halogenen, stikstof, silicium en waterstof. Bij blootstelling aan vochtige lucht vormt het oxiden en hydriden die het monster tot 70% in volume uitzetten, die op hun beurt afschilferen als een poeder dat pyrofoor is. Het is radioactief en kan zich ophopen in botten, wat het hanteren van plutonium gevaarlijk maakt. [1] Van nature komen zeer kleine hoeveelheden plutonium voor. Plutonium-239 en plutonium-240 worden gevormd in kerncentrales wanneer uranium-238 neutronen vangt. [2]
Feetartikelen
Er is een van de krachtigste lasers ter wereld voor nodig, maar wetenschappers hebben het gedaan. Ze hebben het bestaan van ‘superionisch’ heet ijs bevestigd: bevroren water dat bij duizenden graden hitte vast kan blijven. Deze bizarre vorm van ijs is mogelijk vanwege de enorme druk, en de bevindingen van het experiment zouden licht kunnen werpen op de interne structuur van gigantische ijsplaneten zoals Uranus en Neptunus. Op het aardoppervlak variëren de kook- en vriespunten van water slechts weinig: meestal kokend als het erg heet is, en bevriezend als het koud is. Maar beide toestandsveranderingen zijn onderhevig aan druk (daarom is het kookpunt van water lager op grotere hoogten). In het vacuüm van de ruimte kan water niet in vloeibare vorm bestaan. Het kookt en verdampt onmiddellijk, zelfs bij -270 graden Celsius – de gemiddelde temperatuur van het heelal – voordat het desublimeert tot ijskristallen. Maar er wordt getheoretiseerd dat in omgevingen met extreem hoge druk het tegenovergestelde gebeurt: het water stolt, zelfs bij extreem hoge temperaturen. Wetenschappers van het Lawrence Livermore National Laboratory hebben dit onlangs voor het eerst rechtstreeks waargenomen, zoals vorig jaar in een paper werd beschreven. Ze creëerden Ice VII, de kristallijne vorm van ijs boven 30,000 keer de atmosferische druk van de aarde, of 3 gigapascal, en vernietigden het met lasers. Het resulterende ijs had een geleidende stroom van ionen in plaats van elektronen. Daarom wordt het superionisch ijs genoemd. Nu hebben ze het bevestigd met vervolgexperimenten. Ze hebben voorgesteld het nieuwe formulier Ice XVIII te noemen. In het vorige experiment had het team alleen algemene eigenschappen kunnen observeren, zoals energie en temperatuur; de fijnere details van de interne structuur bleven ongrijpbaar. Daarom ontwierpen ze een experiment met behulp van laserpulsen en röntgendiffractie om de kristallijne structuur van het ijs zichtbaar te maken. "We wilden de atomaire structuur van superionisch water bepalen", zegt natuurkundige Federica Coppari van de LLNL. "Maar gezien de extreme omstandigheden waarin deze ongrijpbare toestand van materie naar verwachting stabiel zal zijn, was het comprimeren van water tot zulke drukken en temperaturen en tegelijkertijd het maken van momentopnamen van de atomaire structuur een uiterst moeilijke taak, die een innovatief experimenteel ontwerp vereiste." Hier is dat ontwerp. Eerst wordt een dun laagje water tussen twee diamanten aambeelden geplaatst. Vervolgens worden zes gigantische lasers gebruikt om een reeks schokgolven met een steeds toenemende intensiteit te genereren om het water te comprimeren met een druk tot 100-400 gigapascal, oftewel 1 tot 4 miljoen keer de atmosferische druk van de aarde. Tegelijkertijd produceren ze temperaturen tussen 1,650 en 2,760 graden Celsius (het oppervlak van de zon is 5,505 graden Celsius). Dit experiment was zo ontworpen dat het water zou bevriezen als het werd samengeperst, maar aangezien de druk- en temperatuuromstandigheden slechts een fractie van een seconde konden worden gehandhaafd, waren de natuurkundigen er niet zeker van dat de ijskristallen zich zouden vormen en groeien. Dus gebruikten ze lasers om een klein stukje ijzerfolie met 16 extra pulsen te blazen, waardoor een plasmagolf ontstond die op precies het juiste moment een röntgenflits genereerde. Deze flitsen braken af van de kristallen binnenin, wat aantoonde dat het gecomprimeerde water inderdaad bevroren en stabiel was. "De röntgendiffractiepatronen die we hebben gemeten zijn een ondubbelzinnige signatuur voor dichte ijskristallen die zich vormen tijdens de ultrasnelle schokgolfcompressie, wat aantoont dat de kernvorming van vast ijs uit vloeibaar water snel genoeg is om te worden waargenomen in de nanoseconde-tijdschaal van het experiment," zei Coppari. Deze röntgenfoto's lieten een nooit eerder geziene structuur zien: kubusvormige kristallen met zuurstofatomen op elke hoek en een zuurstofatoom in het midden van elk vlak. "Het vinden van direct bewijs voor het bestaan van een kristallijn zuurstofrooster brengt het laatste ontbrekende stukje van de puzzel met betrekking tot het bestaan van superionisch waterijs", zegt natuurkundige Marius Millot van de LLNL. "Dit geeft extra kracht aan het bewijs voor het bestaan van superionisch ijs dat we vorig jaar hebben verzameld." Het resultaat onthult een aanwijzing voor hoe ijsreuzen zoals Neptunus en Uranus zulke vreemde magnetische velden kunnen hebben, onder bizarre hoeken gekanteld, en met evenaars die niet rond de planeet cirkelen. Eerder werd gedacht dat deze planeten een vloeibare oceaan van ionisch water en ammoniak hadden in plaats van een mantel. Maar uit het onderzoek van het team blijkt dat deze planeten een stevige mantel kunnen hebben, zoals de aarde, maar dan gemaakt van heet superionisch ijs in plaats van heet gesteente. Omdat superionisch ijs zeer geleidend is, zou dit de magnetische velden van de planeten kunnen beïnvloeden. ‘Omdat waterijs in de binnenomstandigheden van Uranus en Neptunus een kristallijn rooster heeft, stellen wij dat superionisch ijs niet zou moeten stromen als een vloeistof zoals de vloeibare ijzeren buitenkern van de aarde. In plaats daarvan is het waarschijnlijk beter om je voor te stellen dat superionisch ijs op dezelfde manier zou vloeien als de aardmantel, die is gemaakt van massief gesteente, maar toch stroomt en grootschalige convectieve bewegingen ondersteunt op zeer lange geologische tijdschalen, "zei Millot. "Dit kan een dramatische invloed hebben op ons begrip van de interne structuur en de evolutie van de ijzige reuzenplaneten, evenals van al hun talrijke extrasolaire neven." Het onderzoek is gepubliceerd in Nature.
http://www.sciencealert.com.au
Onderzoekers hebben een op elektrochemie gebaseerde methode ontwikkeld om oppervlakteactieve stoffen te detecteren, met name perfluoroctaansulfonaat (PFOS) en perfluoroctaanzuur (PFOA), met een hoge gevoeligheid en specificiteit (Anal. Chem. 2019, DOI: 10.1021 / acs.analchem.9b01060). Geperfluoreerde oppervlakteactieve stoffen zijn zeer stabiel vanwege perfluoralkylgroepen en komen vaak voor in producten zoals antiaanbaklagen en blusschuim. Chronische blootstelling aan twee van dergelijke perfluoralkylstoffen, PFOS en PFOA, is in verband gebracht met gezondheidsproblemen bij mensen. Hoewel deze twee chemicaliën niet meer in de industrie worden gebruikt, blijven ze in het milieu achter en kunnen ze drinkwater verontreinigen. Long Luo, een analytisch chemicus aan de Wayne State University, begon zijn zoektocht naar een nieuwe manier om deze schadelijke chemicaliën te detecteren na een dergelijke PFOS / PFOA-besmetting in een stad in Michigan in de zomer van 2018. De meest gebruikte detectiemethode maakt gebruik van hoogwaardige vloeistofchromatografie met tandem-massaspectrometrie (HPLC-MS / MS), waarvoor complexe instrumenten nodig zijn en die tot $ 300 per monster kunnen kosten, zegt Luo. In de hoop een eenvoudigere, goedkopere methode te ontwikkelen, wendde het team zich tot elektrochemie. Hun methode is gebaseerd op een fenomeen dat bekend staat als elektrochemische kiemvorming van bellen. Door elektrisch potentieel toe te passen op een elektrode in een waterige oplossing, wordt water gesplitst in waterstofgas en zuurstof. Door de stroom op te voeren, wordt de gasconcentratie nabij de elektrode verhoogd totdat zich een bel vormt, waardoor het elektrode-oppervlak wordt geblokkeerd en de stroom daalt. Oppervlakteactieve stoffen verminderen de oppervlaktespanning en maken het gemakkelijker om dergelijke bellen te vormen, wat betekent dat de hoeveelheid stroom die nodig is om die bellen te vormen omgekeerd evenredig is met de concentratie van de oppervlakteactieve stof. Om hun methode te testen, fabriceerden Luo en zijn medewerkers kleine platina-elektroden met een diameter van minder dan 100 nm (kleinere elektroden zijn gevoeliger). Het team kon PFOS- en PFOA-concentraties detecteren van respectievelijk 80 µg / L en 30 µg / L. Voorconcentratie van monsters met vaste-fase-extractie heeft de detectielimiet verlaagd tot onder 70 ng / L, het gezondheidsadviesniveau voor drinkwater dat is vastgesteld door de VS. Agentschap voor milieubescherming. De methode bleef ook gevoelig en selectief voor de detectie van oppervlakteactieve stoffen, zelfs in de aanwezigheid van een 1,000-voudig hogere concentratie van poly (ethyleenglycol), een niet-oppervlakteactief molecuul met een molecuulgewicht vergelijkbaar met dat van PFOS. "Elektrochemische methoden zijn over het algemeen veelbelovend voor het meten van zeer lage concentraties verontreinigingen in complexe matrices", zegt Michelle Crimi, een milieutechnicus aan de Clarkson University. "Ik kijk ernaar uit om meer te horen over de toekomst van deze technologie, inclusief de validatie ervan in veldverontreinigde watermonsters." Het ultieme doel is het creëren van een handheld-apparaat voor het testen van water in beekjes en andere veldlocaties - niet alleen voor drinkwater -, zegt Luo. Een belangrijke stap in dat proces is het ontwikkelen van een voorbehandelingsfase om andere oppervlakteactieve stoffen te elimineren die ook bellenvorming bij elektroden bevorderen, zoals natriumdodecylsulfaat. Volgens Luo is een dergelijke verstoring onwaarschijnlijk in drinkwatermonsters, omdat de meeste verbindingen niet zo stabiel zijn als perfluoralkylstoffen en tijdens de waterzuivering worden vernietigd.
