Glimmer gir ledetråd til hvordan vann transporterer mineraler

Anonim

For å forstå ulike miljøprosesser og lære å bedre takle forurensningens effekter har forskere vært interessert i å spore elementernes bevegelse gjennom miljøet, spesielt ved grensesnitt mellom vann og mineraler.

I en ny studie fra US Department of Energy (DOE) Argonne National Laboratory, i samarbeid med University of Illinois og Chicago og University of Delaware, har kjemikere vært i stand til å se på grensesnittet mellom vann og muskovitt glimmer, et plant mineral vanligvis funnet i granitt, jord og mange sedimenter. Spesielt så forskerne på fangst og utgivelse av rubidium - et metall som er nært knyttet til, men enklere utpekt enn vanlige elementer som kalium og natrium.

I forsøket flød forskerne en rubidiumholdig løsning over glimmer, noe som førte til at rubidiumatomer erstattet kalium som forekommer naturlig nær overflaten av glimmer. Deretter ble rubidiumoppløsningen erstattet av en som inneholdt natrium, som igjen erstattet rubidiumatomer.

Ifølge Argonne-kjemikeren Sang Soo Lee, som ledet studien, ble jontransportens dynamikk i stor grad styrt av elektrostatiske egenskaper ved grensesnittet mellom glimmer og vann. I hovedsak klemmer rubidiumatomer til glimmeroverflaten på samme måte som lint klamrer seg på klærne. Styrken av klamringsvirkningen ble bestemt hovedsakelig av hvor mange vannmolekyler som var mellom glimmeroverflaten og rubidiumet - jo færre vannmolekyler, jo strengere klamret.

Lee og hans Argonne-kollega, kjemiker Paul Fenter, brukte Argonne's Advanced Photon Source, et DOE Office of Science User Facility, for å observere aktiviteten til rubidium ved hjelp av en teknikk som kalles resonant anomaløs røntgenreflektivitet. Denne teknikken tillater forskere å teste posisjonen til et enkelt element ved et grensesnitt.

"I hovedsak er det som å lete etter en gullfinch i et tre, og bruke en teknikk som bare viser deg hvor gule ting er, " sa Fenter.

Ved å bruke teknikken var forskerne i stand til å kondensere tidsrammen det tar å måle signalet fra dataene. "Normalt tar disse dataene tid å måle, men nå kan vi få en tidsoppløsning på ett eller to sekunder, " sa Fenter.

Å ha et bilde av sanntidsdynamikken i slike grensesnitt gir forskere en ny oversikt over hvordan ioner sanser overflater energisk. "Hvis du tenker på våre eksperimenter som å se på fly på en flyplass, så var det tidligere vi bare kunne vite hvor mange Boeings eller Cessnas det var, " sa Lee. "Nå har vi en måte å se at flyene faktisk tar av og lander."

Et papir basert på forskningen, "Real-time observasjoner av kationutvekslingskinetikk og dynamikk ved muskovitt-vanngrensesnittet" ble publisert i Nature Communications 9. juni.

menu
menu