Arquitectos silenciosos de las transformaciones químicas

La humedad del aire forma películas de agua finas e invisibles que caen sobre las superficies de los materiales. Estas películas desempeñan un papel clave en el suelo y la atmósfera de la Tierra, así como en las nuevas tecnologías. Una tesis de la Universidad de Umeå arroja nueva luz sobre cómo este arquitecto silencioso media las reacciones químicas.

Las películas de agua están presentes en casi todos los minerales expuestos a la humedad atmosférica, desde el suelo seco hasta el polvo atmosférico. La cantidad de capas de agua que pueden contener los minerales está controlada directamente por la humedad atmosférica. La tesis de Tan Luong muestra cómo las películas de agua de diferentes espesores afectan dos fenómenos importantes de la naturaleza y la tecnología: la transformación de minerales y la descomposición de materia orgánica. Sus hallazgos contribuyen a la nueva ciencia básica que se necesita con urgencia para abordar algunos de los principales desafíos de la humanidad, como el calentamiento global y el control de la contaminación.

Nuevos minerales pueden crecer a partir de minerales primarios a partir de iones (átomos o moléculas cargados) que se disuelven en películas de agua. Estos los iones reaccionan más con gases ambientales como dióxido de carbono y oxígeno, y crecen hasta convertirse en nuevos minerales que pueden cambiar la función del primario. el mineral.

Las películas de agua muy delgadas que cubren parcialmente las superficies minerales aún pueden sustentar el crecimiento mineral, pero solo en dos dimensiones, similar al crecimiento de una sola hoja de papel de lado. Por el contrario, las películas de agua más gruesas con más de una capa estimulan el crecimiento tridimensional, como apilar muchas páginas de un libro.

«Este conocimiento es beneficioso para fabricar materiales en ambientes con humedad controlada. El tamaño y la forma de los materiales influyen en sus funciones en tecnologías avanzadas, incluido el desarrollo de baterías y las estrategias de eliminación de contaminantes», dice Tan Luong.

Mucho dióxido de carbono (CO₂) las tecnologías de captura suponen un reto para los costes energéticos y, al mismo tiempo, pueden dejar una huella de carbono. Así, surge una solución ecológica que imita cómo las rocas naturales, como las estalagmitas en las cuevas, capturan CO.₂ puede ayudar a lograr cero emisiones.

Con este fin, Tan Luong estudió CO₂-La capacidad de capturar magnesia (MgO), un componente básico de los desechos mineros que es un material potencial para el desarrollo de tecnologías más ecológicas. Sin embargo, descubrió que los recubrimientos de productos de carbonato de magnesio pueden envenenar eficazmente las reacciones. Luego identificó una vía prometedora que podría evitar este cuello de botella mediante un ataque químico con una humedad muy alta.

«Destacamos el potencial del MgO para capturar CO₂ en condiciones dinámicas de humedad. Sin embargo, para lograr una captura ecológica y eficiente, se necesita más trabajo para evitar recubrimientos que dificulten las reacciones», afirma Tan Luong.

El estudio de Tan Luong también reveló cómo las películas de oxígeno y agua aceleran o ralentizan la conversión de contaminantes orgánicos en sustancias inofensivas (como el CO2).₂ y agua, a través de un enfoque que convierte la energía luminosa en energía química. Sus hallazgos avanzan en el conocimiento fundamental necesario para las innovaciones en tecnologías de purificación de agua y aire.