సూపర్ క్రిటికల్ వాటర్ యొక్క నిర్మాణం డీకోడ్

సైద్ధాంతిక కెమిస్ట్రీ చైర్ నుండి డాక్టర్ ఫిలిప్ షియెన్‌బీన్ మరియు ప్రొఫెసర్ డొమినిక్ మార్క్స్ లతో కలిసి ప్రయోగాత్మక నిపుణులు డాక్టర్ కాట్జా మౌల్షాగన్, డాక్టర్ గెర్హార్డ్ ష్వాబ్ మరియు ప్రొఫెసర్ మార్టినా హెవెనీత్. ఈ ప్రాజెక్టుకు క్లస్టర్ ఆఫ్ ఎక్సలెన్స్ రుహ్ర్ అన్వేషించే పరిష్కారం (RESOLV).

వడ్డీ యొక్క సూపర్ క్రిటికల్ వాటర్ ద్రావకం

సూపర్ క్రిటికల్ వాటర్ సహజంగా భూమిపై సంభవిస్తుంది, ఉదాహరణకు లోతైన సముద్రంలో, నల్ల ధూమపానం చేసేవారు – ఒక రకమైన హైడ్రోథర్మల్ గుంటలు – సముద్రతీరంలో కఠినమైన పరిస్థితులను సృష్టిస్తారు. సూపర్ క్రిటికల్ స్టేట్ యొక్క పరిమితి 374 డిగ్రీల సెల్సియస్ మరియు 221 బార్ యొక్క ఒత్తిడి వద్దకు చేరుకుంటుంది. “సూపర్ క్రిటికల్ వాటర్ యొక్క నిర్మాణాన్ని అర్థం చేసుకోవడం నల్ల ధూమపానం చేసేవారి పరిసరాల్లో రసాయన ప్రక్రియలపై వెలుగునివ్వడానికి మాకు సహాయపడుతుంది” అని డొమినిక్ మార్క్స్ చెప్పారు, ఈ అంశంపై తన పరిశోధనా బృందం ఇటీవల ప్రచురించిన కాగితాన్ని ప్రస్తావించారు. “దాని ప్రత్యేక లక్షణాల కారణంగా, సూపర్ క్రిటికల్ వాటర్ రసాయన ప్రతిచర్యల కోసం” ఆకుపచ్చ “ద్రావకం వలె ఆసక్తి కలిగి ఉంది; దీనికి కారణం ఇది పర్యావరణ అనుకూలమైనది మరియు అదే సమయంలో, అధిక రియాక్టివ్.”

సూపర్ క్రిటికల్ వాటర్ యొక్క వినియోగాన్ని మెరుగుపరచడానికి, దానిలోని ప్రక్రియలను మరింత వివరంగా అర్థం చేసుకోవడం అవసరం. మార్టినా హెవీత్ బృందం ఈ ప్రయోజనం కోసం టెరాహెర్ట్జ్ స్పెక్ట్రోస్కోపీని ఉపయోగించింది. ఒక అణువులోని హెచ్-బాండ్లను పరిశోధించడానికి ఇతర స్పెక్ట్రోస్కోపీ పద్ధతులను ఉపయోగించగలిగినప్పటికీ, టెరాహెర్ట్జ్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ అణువుల మధ్య హైడ్రోజన్ బంధాన్ని సున్నితంగా పరిశీలిస్తుంది-అందువల్ల ఏదైనా ఉంటే, సూపర్ క్రిటికల్ వాటర్‌లో సమూహాల ఏర్పాటును గుర్తించడానికి అనుమతిస్తుంది.

పీడనం కింద కణాన్ని కొలుస్తుంది

“ప్రయోగాత్మక ట్రయల్స్‌లో, ఈ పద్ధతిని సూపర్ క్రిటికల్ వాటర్‌కు వర్తింపజేయడం చాలా పెద్ద సవాలు” అని మార్టినా హెవీత్ వివరించాడు. “టెరాహెర్ట్జ్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ కోసం మా అధిక పీడన కణాల కోసం మాకు పది రెట్లు పెద్ద వ్యాసాలు అవసరం, ఎందుకంటే మేము ఎక్కువ తరంగదైర్ఘ్యాలతో పనిచేస్తాము.” ఆమె డాక్టోరల్ థీసిస్‌లో పనిచేస్తున్నప్పుడు, కాట్జా మౌల్షాగన్ కొత్త, తగిన కణం రూపకల్పన మరియు నిర్మించడానికి మరియు దానిని ఆప్టిమైజ్ చేయడానికి లెక్కలేనన్ని గంటలు గడిపాడు, తద్వారా దాని పరిమాణం ఉన్నప్పటికీ తీవ్ర పీడనం మరియు ఉష్ణోగ్రత తట్టుకోగలదు.

చివరికి, ప్రయోగాత్మకవాదులు సూపర్ క్రిటికల్ స్టేట్‌లోకి ప్రవేశించబోయే నీటి నుండి డేటాను రికార్డ్ చేయగలిగారు, అలాగే సూపర్ క్రిటికల్ స్టేట్ నుండి కూడా. ద్రవ మరియు వాయు నీటి యొక్క టెరాహెర్ట్జ్ స్పెక్ట్రా చాలా భిన్నంగా ఉన్నప్పటికీ, సూపర్ క్రిటికల్ వాటర్ మరియు వాయు స్థితి యొక్క స్పెక్ట్రా వాస్తవంగా ఒకేలా కనిపించింది. నీటి అణువులు వాయువు స్థితిలో చేసినట్లుగా సూపర్ క్రిటికల్ స్థితిలో కొన్ని హైడ్రోజన్ బంధాలను ఏర్పరుస్తాయని ఇది రుజువు చేస్తుంది. “దీని అర్థం సూపర్ క్రిటికల్ వాటర్‌లో పరమాణు సమూహాలు లేవని అర్థం” అని గెర్హార్డ్ ష్వాబ్ ముగించారు.

తన డాక్టోరల్ థీసిస్‌లో భాగంగా కాంప్లెక్స్ అబ్ ఇనిషియో మాలిక్యులర్ డైనమిక్స్ అనుకరణలను ఉపయోగించి సూపర్ క్రిటికల్ వాటర్‌లో ఈ ప్రక్రియలను లెక్కించిన డొమినిక్ మార్క్స్ బృందంలో సభ్యుడు ఫిలిప్ షియెన్‌బీన్ అదే నిర్ణయానికి వచ్చాడు. ప్రయోగంలో మాదిరిగానే, వర్చువల్ ల్యాబ్‌లోని క్లిష్టమైన నీటి యొక్క ఖచ్చితమైన స్థానాన్ని నిర్ణయించడం వంటి అనేక అడ్డంకులను మొదట అధిగమించాల్సి వచ్చింది.

అబ్ ఇనిషియో అనుకరణలు చివరికి సూపర్ క్రిటికల్ స్టేట్‌లోని రెండు నీటి అణువులు వేరుచేసే ముందు కొద్దిసేపు మాత్రమే ఒకదానికొకటి దగ్గరగా ఉన్నాయని చూపించాయి. హైడ్రోజన్ బంధంలో కాకుండా, హైడ్రోజన్ మరియు ఆక్సిజన్ అణువుల మధ్య బంధాలకు ఇష్టపడే ధోరణి లేదు – ఇది హైడ్రోజన్ బంధాల యొక్క ముఖ్య ఆస్తి. హైడ్రోజన్-ఆక్సిజన్ బంధం యొక్క దిశ శాశ్వతంగా తిరుగుతుంది. “ఈ స్థితిలో ఉన్న బంధాలు చాలా స్వల్పకాలికంగా ఉన్నాయి: ద్రవ నీటిలో హైడ్రోజన్ బంధం కంటే 100 రెట్లు తక్కువ” అని ఫిలిప్ షియెన్‌బీన్ నొక్కిచెప్పారు. అనుకరణల ఫలితాలు ప్రయోగాత్మక డేటాను సంపూర్ణంగా సరిపోల్చాయి, ఇప్పుడు సూపర్ క్రిటికల్ స్థితిలో నీటి నిర్మాణ డైనమిక్స్ యొక్క వివరణాత్మక పరమాణు చిత్రాన్ని అందిస్తున్నాయి.