Bollettino 7 giugno 2019

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Plutonio

Il plutonio è un elemento chimico radioattivo transuranico con simbolo Pu e numero atomico 94. È un metallo attinide di aspetto grigio-argenteo che si appanna se esposto all'aria e forma un rivestimento opaco quando ossidato. L'elemento mostra normalmente sei allotropi e quattro stati di ossidazione. Reagisce con carbonio, alogeni, azoto, silicio e idrogeno. Quando esposto all'aria umida, forma ossidi e idruri che espandono il campione fino al 70% in volume, che a sua volta si sfalda come una polvere piroforica. È radioattivo e può accumularsi nelle ossa, il che rende pericolosa la manipolazione del plutonio. [1] Quantità molto piccole di plutonio sono presenti in natura. Il plutonio-239 e il plutonio-240 si formano nelle centrali nucleari quando l'uranio-238 cattura i neutroni. [2]


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Gli scienziati hanno appena creato una bizzarra forma di ghiaccio calda la metà del sole

Ha preso uno dei laser più potenti del pianeta, ma gli scienziati l'hanno fatto. Hanno confermato l'esistenza del ghiaccio caldo "superionico", acqua ghiacciata che può rimanere solida a migliaia di gradi di calore. Questa bizzarra forma di ghiaccio è possibile a causa della tremenda pressione, e i risultati dell'esperimento potrebbero far luce sulla struttura interna di giganteschi pianeti di ghiaccio come Urano e Nettuno. Sulla superficie terrestre, i punti di ebollizione e congelamento dell'acqua variano solo leggermente, generalmente bollendo quando fa molto caldo e gelando quando fa freddo. Ma entrambi questi cambiamenti di stato sono causati dalla pressione (ecco perché il punto di ebollizione dell'acqua è più basso ad altitudini più elevate). Nel vuoto dello spazio, l'acqua non può esistere nella sua forma liquida. Immediatamente bolle e vaporizza anche a -270 gradi Celsius - la temperatura media dell'Universo - prima di desublimarsi in cristalli di ghiaccio. Ma è stato teorizzato che in ambienti ad altissima pressione accade il contrario: l'acqua si solidifica, anche a temperature estremamente elevate. Gli scienziati del Lawrence Livermore National Laboratory lo hanno osservato direttamente per la prima volta proprio di recente, dettagliato in un articolo dello scorso anno. Hanno creato Ice VII, che è la forma cristallina del ghiaccio superiore a 30,000 volte la pressione atmosferica terrestre, o 3 gigapascal, e lo hanno fatto saltare con i laser. Il ghiaccio risultante aveva un flusso conduttivo di ioni, piuttosto che di elettroni, motivo per cui si chiama ghiaccio superionico. Ora lo hanno confermato con esperimenti di follow-up. Hanno proposto che la nuova forma si chiamasse Ice XVIII. Nell'esperimento precedente, il team era stato solo in grado di osservare proprietà generali, come energia e temperatura; i dettagli più fini della struttura interna rimanevano sfuggenti. Quindi, hanno progettato un esperimento utilizzando impulsi laser e diffrazione di raggi X per rivelare la struttura cristallina del ghiaccio. "Volevamo determinare la struttura atomica dell'acqua superionica", ha detto la fisica Federica Coppari dell'LLNL. "Ma date le condizioni estreme in cui si prevede che questo stato sfuggente della materia sia stabile, comprimere l'acqua a tali pressioni e temperature e contemporaneamente scattare istantanee della struttura atomica è stato un compito estremamente difficile, che ha richiesto un progetto sperimentale innovativo". Ecco quel disegno. Per prima cosa, un sottile strato d'acqua viene posto tra due incudini di diamante. Quindi sei laser giganti vengono utilizzati per generare una serie di onde d'urto a intensità progressivamente crescente per comprimere l'acqua a pressioni fino a 100-400 gigapascal, o da 1 a 4 milioni di volte la pressione atmosferica terrestre. Allo stesso tempo, producono temperature comprese tra 1,650 e 2,760 gradi Celsius (la superficie del Sole è di 5,505 gradi Celsius). Questo esperimento è stato progettato in modo che l'acqua si congelasse una volta compressa, ma poiché le condizioni di pressione e temperatura potevano essere mantenute solo per una frazione di secondo, i fisici erano incerti che i cristalli di ghiaccio si sarebbero formati e sarebbero cresciuti. Quindi, hanno usato i laser per far saltare un minuscolo pezzo di foglio di ferro con 16 impulsi aggiuntivi, creando un'onda di plasma che ha generato un lampo di raggi X esattamente al momento giusto. Questi lampi hanno diffratto dai cristalli all'interno, mostrando che l'acqua compressa era effettivamente congelata e stabile. "I modelli di diffrazione dei raggi X che abbiamo misurato sono una firma inequivocabile per i cristalli di ghiaccio densi che si formano durante la compressione ultraveloce delle onde d'urto, dimostrando che la nucleazione del ghiaccio solido dall'acqua liquida è abbastanza veloce da essere osservata nella scala temporale di nanosecondi dell'esperimento", ha detto Coppari. Questi raggi X hanno mostrato una struttura mai vista prima: cristalli cubici con atomi di ossigeno ad ogni angolo e un atomo di ossigeno al centro di ogni faccia. "Trovare prove dirette dell'esistenza del reticolo cristallino di ossigeno porta l'ultimo pezzo mancante al puzzle riguardante l'esistenza del ghiaccio d'acqua superionico", ha detto il fisico Marius Millot dell'LLNL. "Questo dà ulteriore forza alle prove dell'esistenza del ghiaccio superionico che abbiamo raccolto l'anno scorso." Il risultato rivela un indizio su come i giganti del ghiaccio come Nettuno e Urano potrebbero avere campi magnetici così strani, inclinati ad angoli bizzarri e con equatori che non circondano il pianeta. In precedenza, si pensava che questi pianeti avessero un oceano fluido di acqua ionica e ammoniaca al posto di un mantello. Ma la ricerca del team mostra che questi pianeti potrebbero avere un mantello solido, come la Terra, ma fatto di ghiaccio superionico caldo anziché roccia calda. Poiché il ghiaccio superionico è altamente conduttivo, ciò potrebbe influenzare i campi magnetici dei pianeti. “Poiché il ghiaccio d'acqua nelle condizioni interne di Urano e Nettuno ha un reticolo cristallino, sosteniamo che il ghiaccio superionico non dovrebbe fluire come un liquido come il nucleo esterno di ferro fluido della Terra. Piuttosto, è probabilmente meglio immaginare che il ghiaccio superionico fluirebbe in modo simile al mantello terrestre, che è fatto di roccia solida, ma scorre e supporta moti convettivi su larga scala su scale temporali geologiche molto lunghe ", ha detto Millot.

http://www.sciencealert.com.au

Il nuovo metodo elettrochimico rileva PFOS e PFOA

I ricercatori hanno sviluppato un metodo basato sull'elettrochimica per rilevare i tensioattivi, in particolare il perfluorottano sulfonato (PFOS) e l'acido perfluoroottanoico (PFOA), con elevata sensibilità e specificità (Anal. Chem. 2019, DOI: 10.1021 / acs.analchem.9b01060). I tensioattivi perfluorurati sono altamente stabili a causa delle frazioni perfluoroalchiliche e sono comuni in prodotti come rivestimenti antiaderenti e schiume antincendio. L'esposizione cronica a due di queste sostanze perfluoroalchiliche, PFOS e PFOA, è stata collegata a problemi di salute negli esseri umani. Sebbene queste due sostanze chimiche non siano più utilizzate nell'industria, persistono nell'ambiente e possono contaminare l'acqua potabile. Long Luo, un chimico analitico alla Wayne State University, ha iniziato la sua ricerca di un nuovo modo per rilevare queste sostanze chimiche nocive dopo uno di questi eventi di contaminazione da PFOS / PFOA in una città del Michigan durante l'estate del 2018. Il metodo di rilevamento più comunemente utilizzato utilizza la cromatografia liquida ad alte prestazioni con spettrometria di massa tandem (HPLC-MS / MS), che richiede una strumentazione complessa e può costare fino a $ 300 per campione, afferma Luo. Nella speranza di sviluppare un metodo più semplice e meno costoso, il team si è rivolto all'elettrochimica. Il loro metodo si basa su un fenomeno noto come nucleazione di bolle elettrochimiche. L'applicazione del potenziale elettrico a un elettrodo in una soluzione acquosa divide l'acqua in gas idrogeno e ossigeno. Aumentando la corrente, aumenta la concentrazione di gas vicino all'elettrodo fino a quando non si forma una bolla, che blocca la superficie dell'elettrodo e fa cadere la corrente. I tensioattivi riducono la tensione superficiale e facilitano la formazione di tali bolle, il che significa che la quantità di corrente richiesta per formare quelle bolle è inversamente correlata alla concentrazione del tensioattivo. Per testare il loro metodo, Luo ei suoi collaboratori hanno fabbricato minuscoli elettrodi di platino di diametro inferiore a 100 nm (gli elettrodi più piccoli sono più sensibili). Il team è stato in grado di rilevare concentrazioni di PFOS e PFOA fino a 80 µg / L e 30 µg / L, rispettivamente. La preconcentrazione dei campioni utilizzando l'estrazione in fase solida ha spostato il limite di rilevamento al di sotto di 70 ng / L, il livello di consulenza sanitaria per l'acqua potabile fissato dagli Stati Uniti Agenzia per la protezione ambientale. Il metodo è inoltre rimasto sensibile e selettivo per il rilevamento di tensioattivi anche in presenza di una concentrazione 1,000 volte maggiore di poli (glicole etilenico), una molecola non tensioattiva con un peso molecolare simile a quello del PFOS. "I metodi elettrochimici, in generale, sono molto promettenti per misurare concentrazioni molto basse di contaminanti in matrici complesse", afferma Michelle Crimi, ingegnere ambientale presso la Clarkson University. "Non vedo l'ora di saperne di più sul futuro di questa tecnologia, compresa la sua convalida in campioni di acqua contaminati sul campo". L'obiettivo finale è creare un dispositivo portatile per testare l'acqua nei torrenti e in altri siti sul campo, non solo l'acqua potabile, afferma Luo. Un passo importante in questo processo sarà lo sviluppo di una fase di pretrattamento per eliminare altri tensioattivi che promuovono anche la formazione di bolle sugli elettrodi, come il dodecil solfato di sodio.

http://pubs.acs.org/cen/news

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