Melegítés hatására összemegy egy egyszerű alkohol-víz keverék

2011.02.15. 8:32

Vizet és metil-alkoholt tartalmaz az az elegy, amely az anyagok eddig megszokott viselkedésével teljesen ellentétesen reagál a hőmérsékleti és nyomásváltozásra. Sajátos összetételének köszönhetően a metanol-monohidrát hő hatására zsugorodik, míg a nyomás növelésével kitágul.

Az anyagok általában hő hatására tágulnak, a nyomás megnövelésével pedig összenyomódnak. A kutatók most épp ezzel ellentétes, szokatlan viselkedést figyeltek meg metanol és víz elegyénél. A metanol-monohidrát felépítése igen egyszerű: a vízmolekulákból álló láncot (az ábrán piros színnel feltüntetve) a metanolmolekulák - mintegy hidat képezve - hidrogénkötésekkel kötik össze (szürkével jelölve). (A vizsgált anyagban a hidrogénatomok helyén deutérium, a hidrogén egyik izotópja található, amely annyiban különbözik a hidrogénatomtól, hogy atommagjában a proton mellett egy neutron is megtalálható.)

Forrás: Science/AAAS
A metanol-monohidrát szerkezete

Andrew Fortes (University College London) és munkatársai úgynevezett neutron-pordiffrakciós módszerrel tanulmányozták a metanol-monohidrát szerkezetét. A pordiffrakciós eljárás előnye, hogy az anyagi minőség finom por állapotú anyagokból is meghatározható. A mintát neutronnyalábbal sugározzák be, és a sugárzás elhajlásának mértékéből következtetnek az anyag belső rendjére. A módszer arra is alkalmas, hogy az anyag hő-, illetve nyomásváltoztatás miatt bekövetkező átalakulását nyomon kövessék.

A metanol-monohidrátban az atomok melegítés hatására, állandó nyomáson egyre intenzívebben rezegnek, a metil-csoport pedig egyre élénkebb forgásba kezd a metanolmolekula tengelye körül (ezt az ábrán szürke, elmosódott atomokkal szemléltetik). A hidrogénkötések megrövidülnek, mintha magukhoz akarnák húzni az oxigénatomokat, emiatt az oxigének lánca (az ábrán pirossal) összehúzódik. Ez a kristályszerkezeti magyarázata annak, hogy a metanol-monohidrát hő hatására összemegy. Nyomás hatására azonban az oxigénatomok távolodnak egymástól, vagyis az anyag kitágul.

A víz-metanol rendszerek egyre inkább a kémikusok érdeklődésének középpontjába kerülnek, egyik lehetséges ipari alkalmazásuk lehet például a gázvezetékek elzáródásának megakadályozása. A metanol-monohidrát a kozmokémiával foglalkozók számára is érdekes lehet, feltételezik ugyanis, hogy ez a vegyület megtalálható Naprendszerünk jeges holdjain is. Fortesék felfedezése tehát nagy lépést jelent az egyszerű szerkezetű anyagok technológiai célokra történő alkalmazásában is.

Ajánlat: