En stødinduceret mekanisme til oprettelse af organiske molekyler

Komplekse kulstofbaserede molekyler er overalt i kosmos. Hvor mange af disse molekyler der dannes er stadig noget af et mysterium, især for kulstofmolekyler dannet af naturen på urjorden, der gav anledning til liv på denne planet.

Forskere ved Los Alamos National Laboratory, ved hjælp af en laserdrevet kompressionsteknik og røntgendiffraktionsforhør ved Stanford Linear Accelerator (SLAC) facilitet i Californien, for nylig har opdaget en mekanisme til dannelse af komplekse kulstofarkformede faste molekyler i flydende benzen, et almindeligt kulbrinte, der kunne opklare noget af kulstofdannelsesmysteriet.

"Ved hjælp af røntgendiffraktion og småvinklede røntgenspredningsmålinger af flydende benzen chokeret til 55 gigapascal (cirka otte millioner pund pr. Kvadrattomme) kunne vi se dannelse og krystallinsk struktur af de støddrevne reaktionsprodukter på nanosekunders tidsskalaer, "sagde projektets hovedforsker Dana Dattelbaum." Kemiske reaktioner i benzen under disse ekstreme forhold gav en kompleks blanding af produkter sammensat af nye carbon- og carbonhydridallotroper. "

En allotrop er to eller flere forskellige fysiske former for et element. Grafit, grafen, og diamant er alle allotroper af kulstof. Benzen, et ringformet molekyle, der består af seks carbon- og seks hydrogenatomer, bruges primært til fremstilling af andre kemikalier, for det meste ethylbenzen, en forløber for styren, bruges til at fremstille polymerer og plastik som polystyren.

En hypotese for dannelsen af ​​liv på jorden understøttes af teorien om, at asteroider og kometer påvirker en mekanisme til kompleks kulstofbaseret molekyldannelse, en vigtig byggesten i livet, på grund af det ekstreme tryk og temperaturer i en stødbølge. Denne forskning viser, hvordan kulstof udvikler sig fra det simple molekyle benzen under stødkomprimering. Der har været flere værker, der har set på dette problem ud fra en teoretisk tilgang, men disse er de første in situ-målinger af benzenens udvikling til kulstof under stød ved hjælp af røntgenstråler med høj glans.

I dette studie, forskere brugte en laser til at chokere en benzenprøve og timede en kohærent pulserende røntgenstrålesonde fra Linac Coherent Light Source røntgenfri elektronlaser ved SLAC for at opnå strukturen af ​​de produkter, der dannes som benzenomdannelser under stødbelastning. Studiet, ved hjælp af røntgenstråler med stor glans til at "se" inde i de materialer, der blev offentliggjort i dag i tidsskriftet Naturkommunikation , fundet udvidede arklignende strukturer af kulstof i klynger, der ligner højeksplosiver.

"Forståelse for kemisk reaktivitet, bindingsbrydning og produktdannelse, er knyttet til en forståelse af, hvordan sprængstoffer starter og frigiver energi. Arbejde som dette hjælper laboratoriet med at udvikle en bedre forståelse af mekanismer og kinetik for kemiske reaktioner under ekstreme forhold, der er relevante for planetarisk påvirkning, eksplosiv detonation og atomvåben applikationer til forudsigelig modeludvikling, sagde Dattelbaum.

"Opdager nye former for kulstof og blandinger af allotroper dannet under disse ekstreme forhold, for første gang at kunne undersøge optisk uigennemsigtige forhold med røntgenstråler i støddrevne reaktioner, på mange måder har været en hellig gral, der går tilbage til det tidlige chokfysiske arbejde, der startede med Manhattan Project, "tilføjede Dattelbaum.