Categorie archieven: scheikunde

Wereldnieuws: Zweden maken magnesiumcarbonaat!

Geplaatst op door
Beantwoorden

magnesiumcarbonaatAls je niet beter wist zou je denken dat het 1 april was: Zweden maken magnesiumcarbonaat. De onderzoekers hebben er over geschreven in het vrij serieuze, ‘open’ blad PLoS One, dus dan ga je er maar van uit dat het groot nieuws is. Het grote probleem met magnesiumcarbonaat is dat er altijd water aan gaat zitten en, onder meer, hydraten vormt. Ik zou zeggen, dat stook je er toch af, maar dat schijnt vrij lastig te zijn. Het wordt dan ook wel als ‘onmogelijke stof’ betiteld (zo zie je maar weer dat ik tijdens mij 5,5 jaar scheikundestudie weinig heb opgestoken).
Al sedert het begin van de vorige eeuw proberen scheikundigen watervrij magnesiumcarbonaat te maken, maar dat lukte eigenlijk alleen door, zoals ik al zei, het water er uit te stoken. Ook dan is die verbinding instabiel. Ik kan het nog steeds niet geloven, maar in een oud handboek met eigenschappen van organische en anorganische verbindingen staat magnesiumcarbonaat niet vermeld.
Zoals vaker gebeurd is, leek het er op of de proefnemingen die Johan Forsgren van de universiteit van Uppsala hadden gedaan mislukt waren. De proefopstelling bleef een weekeinde zonder toezicht door’draaien’. De maandag er op ontstond onder de wetenschappers grote beroering. Er had zich een stijve gel gevormd: het ‘onmogelijke materiaal’. Het lijkt er op dat de verdrievoudiging van de kooldioxidedruk (dat gas moet met magnesiumoxide reageren en magnesiumcarbonaat opleveren) de truc is geweest om de reactie naar wens te laten verlopen onder verder milde omstandigheden (reactietemperatuur van 70°C).
Magnesiumcarbonaat is een stof die uitzonderlijk veel water kan opnemen (vandaar ook de grote problemen het te maken). Het zout, door de Zweedse onderzoekers upsaliet gedoopt, heeft vooral toepassing als absorbens. Het materiaal is uiterst poreus. Het kan grote hoeveelheden water maar ook olie of ander vloeistoffen opnemen. Te denken valt aan toepassingen in klimaatbeheersingssystemen. Verder wordt magnesiumcarbonaat ook in de farmaceutische industrie toegepaste vanwege, mogelijk, therapeutische eigenschappen. Voor die toepassingen voldoen echter ook de hydraten (de verbinding met watermoleculen).

Bron: Der Spiegel

Stikstof reageert met grafeen door ‘mechanische’ scheikunde

Geplaatst op door
Beantwoorden

 

Stikstofgrafeen

In een capsule gevuld met stikstof, grafeen en kogeltjes, werd stikstof ‘mechanisch’ verbonden met koolstof. Het onstane stikstofgrafeen zou een prima vervanger zijn van platina in zonne- en brandstofcellen.

80% van de aardatmosfeer bestaat uit stikstof in de vorm van een atoompaar. Dat stikstofmolecuul reageert moeilijk met andere verbindingen en elementen. Bij een proces om ammoniak te maken, het Haber-Bosch-proces, wordt stikstof met veel ‘geweld’ (ruim 400°C en drukken van 10 tot zo’n 100 MPa (= 1000 atmosfeer)) aan waterstof gekoppeld. Een onderzoeksgroep aan de Zuid-Koreaanse Ulsan-instituut voor wetenschap en technologie heeft een aanzienlijk milieuvriendelijker en goedkopere manier ontwikkeld om stikstof te laten reageren met grafeen (een verschijningsvorm van koolstof). De groep rond Jong-Beom Baek mengde stikstof met grafeen met behulp van stalen kogels van een halve centimeter in diameter. Stikstof bleek zich te binden aan de koolstofatomen in het grafeen wier band met een ander koolstofatoom door de kogeltjes waren ‘stukgeslagen’. Geen hoge drukken en temperaturen meer, zo lijkt het, want als stikstof eenmaal een verbinding is aangegaan, dan reageert het makkelijk(er) verder met andere elementen en verbindingen.

Dat zou een richting kunnen zijn, maar het genitrogeneerde grafeen zou ook een prima vervanger kunnen zijn voor de platina-elektrodes die worden gebruikt in ‘organische’ zonnecellen en PEM-brandstofcellen, beide min of meer duurzame energietechnieken. Grafeen is wel een kandidaat als platina-vervanger, maar met de huidige technieken wordt de vervaardiging van een koolstof-elektrodes veel te duur, schrijven de onderzoekers in Scientific Reports van het blad Nature. Het goedkoop te produceren stikstofgrafeen zou een uitstekend alternatief zijn, denken zij.

Bron: Science Daily

Giftigheid verbindingen berekenen

Geplaatst op door
Beantwoorden

Gif
Drie onderzoekers van de universiteit van Kansas in Lawrence – Meenakshi Mishra, Hongliang Fei en Jun Huan –  hebben een rekenmethode ontwikkeld waarmee de giftigheid van een chemische verbinding is te berekenen. Giftigheid is een een relatief begrip, want afhankelijk van de dosering en de soort. In grote hoeveelheden is zelfs water giftig en wat voor de ene vogel voedsel is, is voor de ander zijn dood. Voor veel toepassingen is het handig alvorens maar één molecuul van de beoogde stof is gemaakt een schatting te maken of die stof ook in lage concentraties giftig zal zijn.
In de VS, dit bericht komt daar vandaan, zijn officieel zo’n 70 000 verschillende industriële chemicaliën aangemeld en elk jaar komen er zo’n 1000 nieuwe bij, waar zelfs niet de simpelste giftigheidstests bij worden uitgevoerd. De onderzoekers uit Kansas hebben hun rekenmethode uitgeprobeerd op 300 chemische verbindingen, waarvan de giftigheid(sgrens) bekend is. De methode zou dierproeven, nodig voor het bepalen van de giftigheid, overbodig kunnen maken, meldt Eurekalert, als de methode zijn deugdelijkheid voor de autoriteiten heeft bewezen.
De methode maakt gebruik van kwantitatieve structuuractiviteitsrelaties (Engelse afko QSAR), een methode die in de farmaceutische industrie wordt gebruikt. In deze benadering gaat het er om hoe de verschillende atomen in het molecuul met elkaar zijn verbonden en welk effect die ‘samenhang’ zou kunnen hebben op de helende werking van dat molecuul. Belangrijk is, bijvoorbeeld, de oplosbaarheid in water aangezien de processen in het lichaam zich afspelen in een waterige omgeving. De onderzoekers hebben de techniek ‘omgebogen’ naar giftigheid (in plaats van geneeskundige werkzaamheid).

Als het bericht van Eurekalert juist is, dan voorspelde de rekenmethode van de Kansasser onderzoekers twee van de drie geteste verbindingen juist. Dat is bij lange na niet voldoende om dierproeven overbodig te maken. Deze methode zou wel snel een grove schifting kunnen maken welke chemicaliën, wereldwijd zijn er zo’n 100 000 in omloop, ‘verdacht’ zijn. De onderzoekers werken nu aan een verbetering en verfijning van hun giftigheidsberekening.

Bron: Eurekalert

 

 

“Computational prediction of toxicity” in Int. J. Data Mining and Bioinformatics, 2013, 8, 338-348

Spinozaprijzen toegekend

Geplaatst op door
Beantwoorden

Toekenning Spinozaprijzen 2013NWO-Spinozalaureaten Bert Weckhuysen, Piek Vossen en Michail Katsnelson met NWO-voorzitter Jos Engelen na de bekendmaking van de NWO-Spinozapremies 2013. (Foto: NWO/Arie Wapenaar)

Vandaag heeft de Nederlandse organisatie voor wetenschappelijk onderzoek NWO aan drie in Nederland werkende onderzoekers de Spinozaprijs toegekend. De gelukkigen zijn: de natuurkundige Michail Katsnelson (Rusland), chemicus Bert Weckhuysen (België) en taalwetenschapper Piek Vossen (Nederland). Dat maakte Jos Engelen, de voorzitter van NWO,  bekend tijdens de jaarlijkse Bessensap-bijeenkomst. De prijzen, elk € 2,5 miljoen, zullen in het najaar worden uitgereikt. De onderzoekers mogen dat geld geheel naar eigen inzicht voor eigen onderzoek gebruiken.
Natuurkundige Michail Katsnelson (1957) van de Radboud Universiteit in Nijmegen, hoogleraar theoretische natuurkunde, is wereldwijd de meest geciteerde en invloedrijkste theoreticus op het gebied van grafeen. Zijn publicaties over dit onderwerp zijn 12.000 keer geciteerd. André Geim, die in 2010 de Nobelprijs voor de natuurkunde ontving voor de ontdekking van grafeen, noemde het werk van Katsnelson onmisbaar. Het onderzoek van Katsnelson ligt ten grondslag aan vrijwel alle ontdekkingen en voorspellingen over grafeen. Hij voorspelde onder andere Klein-tunneling in grafeen en het veranderen van de elektrische eigenschappen van grafeen als het materiaal wordt opgerekt. Grafeen heeft vele opzienbarende eigenschappen, die nog lang niet alle ontdekt zijn.
Piek Vossen (1960) is hoogleraar computationele lexicologie aan de Vrije Universiteit Amsterdam. Hij combineert taalwetenschap en informatica om taalkundige verschijnselen te analyseren met de hulp van computermodellen. Hij maakte voor de Europese Unie ‘wordnets’ in acht talen. Wordnets zijn spinnenwebben van alle woorden van een taal, met elkaar verbonden op basis van betekenis. Door de wordnets onderling te koppelen legde Vossen de basis voor systematisch onderzoek naar de verschillen en overeenkomsten en naar betekenis en cultuur in talen. Wordnets maken het bovendien mogelijk dat taal beter begrepen wordt door machines.
Vossen breidde het project vervolgens uit en richtte samen met andere wetenschappers in 2000 de Global WordNet Association op, waarvan hij nu voorzitter is. Inmiddels zijn er van ruim 100 talen wordnets die onderling verbonden zijn. Vossen voegde een fundamenteel element toe aan de wordnets door ze te koppelen aan ontologieën: logische definities van concepten die computers in staat stellen te ‘redeneren’. Zijn recentste project is de Geschiedenisrecorder. Dat is een computersysteem dat nieuwsberichten verzamelt, die van vandaag aan die van gisteren koppelt en verder terug in de tijd. Zo verbindt het systeem gebeurtenissen en ‘schrijft’ daarmee geschiedenis.
De derde prijswinnaar is de scheikundige Bert Weckhuysen (1968), hoogleraar anorganische chemie en katalyse aan de Universiteit Utrecht. Hij richt zich op het beter begrijpen van de werking van katalysatoren om met die kennis gewapende nieuwe of verbeterde katalysatoren te (kunnen) ontwikkelen. Katalysatoren zijn stoffen die chemische reacties mogelijk maken en/of versnellen. Het overgrote deel van de chemische producten die we gebruiken zijn gemaakt met behulp van katalysatoren.
De onderzoeksgroep van Weckhuysen zorgde voor doorbraken met het driedimensionaal in beeld brengen van actieve katalysatoren en heeft laten zien wat er gebeurt als deze materialen in de loop van de tijd minder goed gaan werken. Mede op basis van deze experimenten was hij in staat duurzamere chemische processen te ontwikkelen. Hij richt zich, onder meer, op het ontwikkelen van katalysatoren die houtachtige biomassa kunnen omzetten in brandstof en materialen, op het verbeteren van katalysatoren om efficiënter aardolie en aardgas te kunnen omzetten en op de ontwikkeling van ‘zonnebrandstoffen’, waarbij zonne-energie gebruikt wordt om brandstoffen te maken.

Bron: NWO

Chemie in actie betrapt

Geplaatst op door
Beantwoorden

Molecuul direct in beeld Scheikundigen en natuurkundigen van de Universiteit van Californië in Berkeley, de universiteit van San Sebastian in Spanje en het Lawrence Berkeley National Laboratory hebben met behulp van een atoomkrachtmicroscoop een chemische reactie ‘in actie’ betrapt. Echt in actie was het niet, omdat er een plaatje werd gemaakt voor en na. Op de met de microscoop gemaakte afbeeldingen zouden, voor het eerst, niet alleen de atomen zijn te onderscheiden, maar ook de verbindingen tussen de atomen. Daarmee is direct de structuur van de moleculen te ‘zien’. Tot nu toe moesten scheikundigen de molecuulstructuur afleiden uit spectrogrammen.
Met deze nieuwe techniek zal het voor scheikundigen makkelijker worden te achterhalen hoe het reactiemechanisme in elkaar steekt, waardoor het makkelijker wordt de ‘juiste’ weg naar een beoogd product te vinden. Dat is van grote betekenis, want bij veel reacties tasten chemici in het duister waar het gaat om de manier waarop een chemische reactie verloopt. Assistent-hoogleraar scheikunde Felix Fischer, een van de onderzoekers, noemt de nieuwe techniek ‘baanbrekend’. “Hier hebben we een techniek in handen waarmee we kunnen zien hoe het molecuul er uit ziet.” Fischer ontwikkelt nanostructuren van de koolstofvorm grafeen die ongewoon kwantumgedrag vertonen, waardoor die mogelijk nuttig kunnen zijn voor nano-elektronische componenten.
Contactloze atoomkrachtmicroscoop Hij loopt daarbij regelmatig tegen het probleem aan dat hij niet weet hoe een gemaakte structuur er uit ziet. Samen met atoomkrachtmicroscoopspecialist Michael Crommie ontwikkelde hij een methode om de reactie ‘live’ te volgen. Daartoe koelden ze het reactieoppervlak af tot 4°K (zo’n -270°C). Ze plakten een koolstofmono-oxidemolecuul op de tip van de taster om zo, zonder de moleculen aan te raken, een plaatje ervan te maken. Eigenlijk moeten we het dan hebben over een rastertunnelmicroscoop, omdat bij een atoomkrachtmicroscoop de taster wel degelijk over het oppervlak gaat, maar deze techniek wordt toch contactloze atoomkrachtmicroscopie genoemd. Ze maakten bij 4°K een plaatje van het uitgangsmolecuul. Verwarmden het oppervlak om de reactie te laten plaatsvinden en koelden weer naar 4 graden Kelvin om een plaatje van het eindproduct te maken. “Je beperkt wel de reactiviteit door de reactie aan het oppervlak te laten plaatsvinden”, stelt Fischer, ” maar het biedt je het voordeel dat je afzonderlijke moleculen kunt bekijken. Uiteindelijk willen we nieuwe oppervlaktechemie ontwikkelen om qua opbouw zeer geordende structuren op oppervlakken te kunnen bouwen, voor, bijvoorbeeld, elektronische componenten, of logische poorten van koolstof.”

Bron: Universiteit van Californië, Berkeley (& foto’s)