Cușca moleculară captează gaze rare

Cu o strângere, o moleculă organică poate smulge gaze rare din aer.

Compusul conține cavități care au dimensiunea potrivită pentru a capta atomi de xenon, cripton și radon. Aceste gaze nobile variază de la valoroase la radioactive; toate sunt în mare parte inerte, prezente de obicei în concentrații scăzute sau neglijabile în aer și extrem de greu de capturat. Cercetătorii speră că noua capcană moleculară ar putea fi folosită într-o zi pentru a sorta gazele reziduale radioactive, pentru a monitoriza aerul din casă și pentru a colecta resurse valoroase.

„Aș muri dacă am acești compuși în mâini”, spune chimistul organic Siegfried Waldvogel de la Universitatea Johannes Gutenberg din Mainz, Germania, care lucrează la senzori chimici.

Dar noua cușcă chimică a fost un pic un „accident fericit”, recunoaște chimistul de materiale Andrew Cooper de la Universitatea Liverpool din Anglia.

Cooper și colegii săi și-au propus să creeze un polimer. În schimb, au produs o cușcă 3-D prin reacția a patru molecule de aldehidă cu șase molecule care conțin azot. Cuștile individuale s-au strâns împreună pentru a forma o închisoare atomică cu mai multe camere.

Cercetătorii au descoperit că cuștile au o lățime de aproximativ 0,44 nanometri. Această dimensiune este potrivită pentru a susține cele trei gaze nobile: un atom de cripton are 0,37 nanometri lățime, xenonul are 0,41 și radonul 0,42.

Cu toate acestea, deschiderile către cuști sunt de numai aproximativ 0,36 nanometri, suficient de mici pentru a preveni eventual alunecarea atomilor de gaz în cuști. Dar, ca toți compușii organici, moleculele cuștii se mișcă. Aceste fluctuații fac ca intrările să se extindă și să se contracte. Cercetătorii au folosit simulări pe computer pentru a estima că o ușă s-ar deschide pentru a permite xenonului să intre și să iasă doar în 7% din timp; pentru radon, s-ar deschide cu 3 la sută. Kryptonul mai mic ar vedea o ușă deschisă pentru cea mai mare parte a timpului și ar putea veni și merge mai ușor.

În experimente, cercetătorii au confirmat că capcana moleculară ar putea prinde atomi. Apoi au testat selectivitatea moleculei, suflând un amestec de elemente comune în aer și urme de xenon și cripton prin capcana moleculară timp de 45 de minute. Azotul, oxigenul și dioxidul de carbon au trecut direct. Xenonul a rămas prins timp de aproximativ 15 minute, în timp ce criptonul a trecut mai repede. Rezultatele apar pe 20 iulie Materiale de natură.

Descoperirea sugerează că capcana moleculară poate elimina xenonul valoros din cripton și alte gaze. Xenonul, care se vinde cu aproximativ 5.000 de dolari pe kilogram, este util în iluminat, imagistica medicală și anestezie. Cușca moleculară ar putea ajuta la curățarea gazelor reziduale din combustibilul nuclear uzat. Gazul rezidual poate conține o combinație de kripton radioactiv și xenon neradioactiv.

În plus, Cooper și colegii săi cred că moleculele ar putea detecta radonul în case. Gazul radioactiv provoacă aproximativ 21.000 de decese prin cancer pulmonar în Statele Unite în fiecare an.