Di dalam kotak hitam pembentukan oksida besi


Newswise – Dari warna merah megah di Grand Canyon hingga karat biasa yang menyerang sepeda terlantar, hidroksida besi ada di sekitar kita. Faktanya, mereka sama lazimnya dengan kuarsa, yang merupakan mineral yang paling banyak didistribusikan di planet ini.

Ilmuwan tahu bahwa besi hidroksida dapat menangkap logam berat dan bahan beracun lainnya, dan besi oksida juga dapat menjadi semikonduktor alami. Sementara properti ini menyarankan banyak aplikasi, detail lengkap tentang bagaimana hidroksida besi terbentuk pada substrat kuarsa telah disembunyikan dalam semacam “kotak hitam” – sampai sekarang.

Young-Shin Jun, seorang profesor teknik energi, lingkungan dan kimia di Sekolah Teknik McKelvey di Universitas Washington di St. Louis, telah menemukan cara untuk membuka kotak itu dan mengamati saat besi hidroksida terbentuk pada kuarsa.

Penelitiannya dipublikasikan di Environmental Science & Technology.

“Ini menceritakan kisah lahirnya besi hidroksida,” kata Jun.

Ketika orang berbicara tentang “pembentukan,” biasanya mereka berbicara tentang substansi yang tumbuh. Namun, sebelum bertumbuh, perlu ada sesuatu untuk tumbuh. Dari mana asal bit pertama besi hidroksida itu?

Pertama, elemen prekursor yang memadai harus tersedia. Kemudian komponen-komponen tersebut dapat bersatu untuk membentuk inti stabil yang akan menjadi partikel padat kecil dari besi hidroksida, yang disebut partikel skala nano. Prosesnya disebut nukleasi padat.

Ilmu pengetahuan sangat memahami jumlah dari kedua proses ini – nukleasi dan pertumbuhan, yang dikenal sebagai “presipitasi” – dan jumlah mereka telah digunakan untuk memprediksi perilaku pembentukan besi hidroksida. Tetapi prediksi ini sebagian besar menghilangkan pertimbangan nukleasi yang terpisah. Hasilnya “tidak cukup akurat,” kata Jun. “Pekerjaan kami memberikan deskripsi empiris kuantitatif tentang nukleasi, bukan penghitungan, sehingga kami dapat memberikan bukti ilmiah tentang mata rantai yang hilang ini.”

Kontribusi ini membuka banyak kemungkinan penting. Kami dapat lebih memahami kualitas air di lokasi drainase tambang asam, mengurangi pengotoran membran dan pembentukan kerak pipa, serta mengembangkan bahan superkonduktor yang lebih ramah lingkungan.

Jun dapat melihat ke dalam kotak hitam pengendapan dengan menggunakan sinar-X dan sel eksperimental baru yang ia kembangkan untuk mempelajari sistem kompleks yang relevan dengan lingkungan dengan banyak air, ion, dan bahan substrat, mengamati nukleasi secara real time.

Bekerja di Advanced Photon Source di Argonne National Laboratory di Lemont, Illinois, Jun menggunakan teknik hamburan sinar-X yang disebut “insiden penggembalaan hamburan sinar-X sudut kecil”. Dengan menyinari sinar-X ke substrat dengan sudut yang sangat dangkal, mendekati sudut kritis yang memungkinkan pemantulan total cahaya, teknik ini dapat mendeteksi kemunculan pertama partikel berukuran nanometer di permukaan.

Pendekatannya sangat baru, kata Jun, ketika dia membahas pekerjaan lab tentang nukleasi, “Orang mengira kami melakukan pemodelan komputer. Tapi tidak, kami sedang memeriksanya secara eksperimental pada saat itu terjadi, ”katanya. “Kami adalah pengamat eksperimental. Saya bisa mengukur titik awal nukleasi. “

Metode empirisnya mengungkapkan bahwa perkiraan umum yang digunakan para ilmuwan terlalu berlebihan dalam menyatakan jumlah energi yang dibutuhkan untuk nukleasi.

“Besi hidroksida terbentuk jauh lebih mudah pada permukaan mineral daripada yang diperkirakan para ilmuwan, karena lebih sedikit energi yang dibutuhkan untuk nukleasi padatan yang sangat terhidrasi pada permukaan,” kata Jun.

Selain itu, memiliki nilai yang tepat juga akan membantu meningkatkan model transportasi reaktif – studi tentang pergerakan material melalui suatu lingkungan. Misalnya, bahan tertentu dapat menahan logam beracun, mencegahnya memasuki saluran air. Model transpor reaktif yang diperbarui dengan informasi nukleasi yang lebih akurat akan memiliki implikasi yang signifikan bagi peneliti kualitas air yang bekerja untuk memprediksi dan mengontrol sumber polusi dengan lebih baik. “Besi hidroksida adalah tempat penyimpanan sekuestrasi utama untuk kontaminan ini,” kata Jun, “dan mengetahui asalnya sangat penting untuk memprediksi nasib mereka.”

Untuk fasilitas manufaktur berteknologi tinggi, memiliki pemahaman yang lebih tepat tentang bagaimana bentuk oksida besi atau hidroksida akan memungkinkan produksi superkonduktor berbahan dasar besi yang lebih efisien – lebih hemat -.


Diposting Oleh : http://54.248.59.145/

About the author