Gdy widzi się je po raz pierwszy, trudno nie oprzeć się wrażeniu, że zostały zaprojektowane przez inżyniera-perfekcjonistę, a nie samą naturę. Mowa o kubosomach, nanoobiektach o na ogół sześciennym kształcie, podziurawionych równie regularnie jak blok mieszkalny rzędami okien. Kubosomy mają rozmiary od kilkudziesięciu do kilkuset nanometrów. Dotychczas badano je głównie za pomocą mikroskopów elektronowych, co umożliwiło opisanie ich zewnętrznych kształtów. Jednak żadna z obecnie dostępnych technik eksperymentalnych nie pozwalała szczegółowo spenetrować wnętrza tych niezwykłych struktur. „Gdzie doświadczalnik nie może, tam teoretyka pośle. Skutecznym sposobem na zajrzenie do wnętrza kubosomów okazało się modelowanie teoretyczne z użyciem komputerów. Nasze obliczenia numeryczne pozwoliły stwierdzić, że struktura wewnętrzna kubosomów może być znacznie bardziej złożona niż pierwotnie sądziliśmy”, mówi dr hab. Wojciech Góźdź z Instytutu Chemii Fizycznej PAN (IChF PAN) w Warszawie, którego publikacja o kubosomach ukazała się niedawno w uznanym czasopiśmie naukowym „Langmuir”.
Pod względem budowy kubosomy są podobne do kryształów – bo tak jak w kryształach, tak w kubosomach można wyróżnić powtarzającą...
Read more
Tag Archives: IChF
Węglowe „oko” monitoruje zmiany pH w pobliżu cząsteczek
Zwykle zmierzenie odczynu pH nie jest problemem. Jak jednak zbadać zmiany kwasowości czy zasadowości zachodzące w skali nano, na przykład tuż przy powierzchni, na której dopiero tworzą się pierwsze wżery rdzy? Nowatorską metodę pomiaru pH w nanoskali właśnie zaprezentowali naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej PAN w Warszawie. W warszawskim IChF PAN powstał nanoczujnik przeznaczony do ciągłego monitorowania zmian współczynnika pH. Użyty jako sonda mikroskopu skaningowego, przyrząd pozwala na precyzyjne pomiary zmian kwasowości/zasadowości zachodzących nad bardzo małymi fragmentami powierzchni próbki zanurzonej w roztworze. Rozdzielczość przestrzenna sięga tu zaledwie 50 nanometrów i w przyszłości może być jeszcze zredukowana. Prace nad budową nanoczujnika sfinansowano z grantu Iuventus Plus Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego i zrealizowano w kooperacji z Uniwersytetem Carla von Ossietzkyego w Oldenburgu w Niemczech.
Dotychczas nie istniały przyrządy zdolne do detekcji zmian pH w tak małej, sięgającej nanometrów skali. „Za pomocą naszego nanoczujnika jesteśmy w stanie mierzyć pH z rozdzielczością zbliżoną do średnicy elektrody węglowej przesuwanej nad powierzchnią próbki, czyli...
Read more
Superman może zacząć się bać: mamy przepis na (prawie) kryptonit!
Chemicy-teoretycy z Instytutu Chemii Fizycznej PAN w Warszawie odkryli, jak zsyntetyzować pierwszy trwały związek kryptonu. Okazuje się, że egzotyczna substancja może powstawać w warunkach ekstremalnie dużych ciśnień, a jej wytworzenie nie wykracza poza możliwości współczesnych laboratoriów.
Kryształy kryptonitu, materiału śmiertelnie groźnego dla Supermana i jego rasy, miały jakoby powstać we wnętrzu planety Krypton, a więc najprawdopodobniej w warunkach bardzo dużych ciśnień. Protoplasta nazwy, prawdziwy krypton, to pierwiastek o liczbie atomowej 36, gaz szlachetny uważany za niezdolny do formowania trwałych związków chemicznych. Jednak w publikacji w czasopiśmie „Scientific Reports” dwuosobowy zespół chemików-teoretyków z Instytutu Chemii Fizycznej PAN (IChF PAN) w Warszawie przedstawił możliwość zsyntetyzowania nowego, krystalicznego materiału, w którym atomy kryptonu byłyby chemicznie związane z atomami innego pierwiastka. „Przewidziana przez nas substancja to związek kryptonu nie z azotem, lecz z tlenem. W konwencji komiksu należałoby go zatem nazwać nie tyle kryptonitem, ile kryptoksydem. Jeśli więc Superman nas czyta, uspokajamy: na razie nie ma powodu do paniki!”, uśmiecha się dr Patryk...
Read more
Lignina ropą przyszłości?
Rafinerie kojarzą się z ropą naftową i gęstą plątaniną technicznych instalacji. W przyszłości mogą się jednak zmienić – jeśli ropę zastąpi lignina, dotychczas traktowana jako odpad przemysłowy. Kierunek badań prowadzących ku temu celowi wyznaczają nowe fotokatalizatory, opracowane przez Instytut Chemii Fizycznej PAN w Warszawie. Pozwalają one przekształcać związki modelujące prawdziwą ligninę w użyteczne substancje chemiczne, na dodatek w reakcjach zachodzących w warunkach naturalnie występujących w przyrodzie.
Nie wygląda ciekawie: kleista, niemal czarna maź. Do tego śmierdzi – znacznie, znacznie gorzej niż wygląda. Przyglądając się ligninie, zwłaszcza z bliska i z niezatkanym nosem, trudno uwierzyć, że jest ona traktowana jako potencjalnie ważne, odnawialne źródło cennych związków aromatycznych dla przemysłu chemicznego. Niestety, mimo prób podejmowanych od wielu lat przez liczne zespoły chemików z całego świata, wciąż nie udało się opracować efektywnych metod konwersji ligniny. Krokiem ku tanim słonecznym biorafineriom, zdolnym do przetwarzania ligniny na skalę przemysłową, są nowe fotokatalizatory, opracowane w Instytucie Chemii Fizycznej PAN (IChF PAN) w Warszawie we współpracy...
Read more
Lepsze katalizatory usuną kancerogenne związki chloru z wody
Trichloroetylen, bezbarwna ciecz, jest substancją do dziś często używaną w przemyśle, m.in. jako rozpuszczalnik tłuszczów. Gdy dostanie się do zbiornika wodnego, nie rozpuszcza się, lecz opada na dno, gdzie może zalegać wiele lat. Jeśli zbiornik będzie w tym czasie eksploatowany jako ujęcie wody pitnej, w którymś momencie może dojść do zaburzenia równowagi między cieczami i zmieszania złogów trichloroetylenu z wodą czerpaną przez wodociągi. Innym źródłem zanieczyszczeń trichloroetylenem może być atmosfera, związek ten bowiem paruje i przenosi się na duże odległości. W przypadku Europy źródłem zagrożenia jest m.in. przemysł Chin. W niewielkich ilościach związek ten wywołuje bóle brzucha i wymioty. Jednak jeśli jego stężenie w wodzie przekracza normy przez dłuższy czas, u poszkodowanych może dojść do uszkodzeń wątroby, serca i mózgu, a także do rozwoju nowotworów, zwłaszcza białaczki, chłoniaka i raka pęcherza moczowego. Metody szybkiego i taniego usuwania trichloroetylenu z wody mają więc istotne znaczenie społeczne. Organiczne związki chloru można usuwać z wody za pomocą reakcji znanej jako wodoroodchlorowanie....
Read more
Parowanie do poprawki
Proces parowania, jeden z najpowszechniejszych na naszej planecie, przebiega inaczej niż się dotychczas wydawało – wykazały nowe symulacje komputerowe przeprowadzone w Instytucie Chemii Fizycznej PAN w Warszawie. Odkrycie niesie dalekosiężne konsekwencje m.in. dla obecnych modeli globalnego klimatu, gdzie kluczową rolę odgrywa parowanie oceanów.
Parowanie wydawało się już zjawiskiem odartym z tajemnic. W uznanym czasopiśmie naukowym „Soft Matter” fizycy z Instytutu Chemii Fizycznej PAN (IChF PAN) w Warszawie udowadniają, że to przekonanie było błędne i mechanizm parowania musi działać inaczej niż dotychczas zakładano. W rozważaniach naukowych i technicznych do opisu szybkości parowania używa się wzoru Hertza-Knudsena – zależności znanej od ponad stu lat. Wynika z niej dość intuicyjne przewidywanie: w danej temperaturze szybkość parowania cieczy zależy od tego, jak aktualne ciśnienie przy powierzchni różni się od ciśnienia, które panowałoby, gdyby parująca ciecz znajdowała się w równowadze termodynamicznej z otoczeniem. Zaawansowane symulacje komputerowe, przeprowadzone z użyciem dynamiki molekularnej, wykazały, że wartości niektórych parametrów opisujących parowanie są nawet kilkukrotnie większe od przewidywanych...
Read more
Światło nie musi być (szybkim) zabójcą cząsteczek chemicznych
Cząsteczki chemiczne silnie oddziałujące ze światłem na ogół rozpadają się bardzo szybko. W Instytucie Chemii Fizycznej PAN w Warszawie ustalono główny mechanizm sprzyjający tej destrukcji. Zdobyta wiedza pozwala wielokrotnie wydłużać fotostabilność cząsteczek, co ma znaczenie nie tylko dla metod pomiarowych stosowanych w badaniach laboratoryjnych, ale także dla producentów przedmiotów użytkowych, zwłaszcza wytwarzanych z barwionych polimerów. Żywe kolory niedawno malowanej ściany blakną błyskawicznie. Plastikowy zraszacz do trawy nie nadaje się do użytku po zaledwie kilku miesiącach pracy. A w labie kolejny zły dzień: pomiary się nie udają, bo oświetlone laserem cząsteczki chemiczne rozpadają się za szybko. We wszystkich tych przypadkach czynnikiem odpowiedzialnym za rozpad cząsteczek jest światło. Czas tego rozpadu można będzie teraz znacząco wydłużyć – dzięki badaniom grupy naukowców z Instytutu Chemii Fizycznej PAN (IChF PAN) w Warszawie, kierowanej przez prof. dr. hab. Jacka Waluka. Badaczom udało się zidentyfikować główny mechanizm przyspieszający fotodestrukcję cząsteczek chemicznych. Kluczem do wydłużenia fotostabilności cząsteczek okazała się analiza sposobu ich preparowania do obserwacji...
Read more
Chemiczne komputery z mikrokropel łatwiej uczyć niż projektować
Naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej PAN w Warszawie we współpracy z Instytutem Fizyki PAN i Uniwersytetem w Jenie opracowali koncepcję prostego komputera chemicznego z mikrokropel, zdolnego do przeszukiwania bazy danych. Symulacje komputerowe, przeprowadzone na bazie danych o nowotworach złośliwych, potwierdziły słuszność przyjętej, nowej strategii projektowania, co otwiera drogę do upowszechnienia chemicznych metod przetwarzania informacji. W odpowiednich warunkach we wnętrzu kropli mogą zachodzić oscylujące reakcje chemiczne. Jeśli kropel jest więcej i się stykają, powstające fale chemiczne są w stanie przeniknąć do sąsiednich kropel i rozchodzą się w całym kompleksie. Zjawisko jest znane, próbuje się je używać m.in. do chemicznego przetwarzania informacji. To, co dzieje się z informacją w układzie wielu kropel, ściśle zależy m.in. od ich rozmieszczenia względem siebie. Dotychczas nie bardzo było wiadomo, jak projektować kształt kompleksów mikrokropel, by te realizowały konkretne zadania. W Instytucie Chemii Fizycznej PAN (IChF PAN) w Warszawie zaproponowano więc nowatorską strategię działania. Zamiast mozolnie projektować złożone układy mikrokropel do określonego celu, lepiej najpierw...
Read more
Plantacje nanoprętów na dywanach grafenu przechwycą energię Słońca
Słońce może być lepszym chemikiem – dzięki połaciom nanoprętów tlenku cynku wyhodowanym na podłożu grafenowym i „udekorowanym” kropkami siarczku kadmu. W obecności promieniowania słonecznego taka kombinacja zero i jednowymiarowych struktur półprzewodnikowych z dwuwymiarowym grafenem świetnie katalizuje wiele reakcji chemicznych. Nowatorski materiał fotokatalityczny opracowała grupa naukowców z Instytutu Chemii Fizycznej PAN w Warszawie i Uniwersytetu w Fuzhou.
Dziwny to las. Proste, jednorodnie rozmieszczone pnie wyrastają z płaskiego podłoża, by piąć się długimi nanometrami ku górze, gdzie korony półprzewodnikowych wydzieleń chciwie wyłapują każdy słoneczny promień. Tak pod mikroskopem wygląda nowy materiał fotokatalityczny, skonstruowany przez naukowców z Instytutu Chemii Fizycznej PAN w Warszawie i Wydziału Chemii Uniwersytetu w Fuzhou w Chinach. Nowatorski materiał 3D zaprojektowano w taki sposób, aby podczas przetwarzania energii słonecznej zapewnić jak najlepszą współpracę punktowych wydzieleń siarczku kadmu (tzw. struktur zerowymiarowych) z nanoprętami tlenku cynku (strukturami 1D) i grafenem (strukturą 2D).
Zasada działania nowego, trójwymiarowego fotokatalizatora, opracowanego przez grupę z IChF PAN i Uniwersytetu w Fuzhou, jest prosta. Gdy na...
Read more
Dream Chemistry Award
Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk (IChF PAN) w Warszawie rozpoczyna kolejną edycję konkursu Dream Chemistry Award (DCA) na najciekawszy wizjonerski projekt naukowy z zakresu chemii i jej pogranicza z fizyką, biologią, medycyną lub inżynierią materiałową. Autorzy pięciu najlepszych projektów zostaną w grudniu zaproszeni do Warszawy, by osobiście przedstawić swoją ideę członkom Komitetów Honorowego i Naukowego. Spośród finalistów zostanie wyłoniony jeden laureat, który otrzyma statuetkę i nagrodę finansową w wysokości 15 tys. EUR. Oprócz nagrody laureat ma możliwość upowszechnienia tematu projektu informacji prasowej o rozstrzygnięciu konkursu.
Zgłoszenia należy przesyłać elektronicznie do 31 lipca za pomocą formularza na stronie konkursu. (kk)
(http://www.ichf.edu.pl/dreamchemistryaward, 25.06.2015)...
Read more