Новости химической науки > транспортировка солей хрома в природе: новые данные

Соли тяжелых металлов могут оставаться в почве намного дольше, чем считалось раньше, - этот вывод стал результатом нового исследования, проведённого в Северозападном университете США. Этот факт расширяет наши знания о геохимических процессах и может привести к пересмотру стратегии защиты окружающей среды.

Соли металлов и другие загрязнители окружающей среды транспортируются подземными водными потоками, и их взаимодействие с минералами и органической материей, может изменять скорость их перемещения из одной местности в другую. Предсказание транспортных свойств в геохимических системах требует детального понимания механизма взаимодействия катиона металла с поверхностью воды-минерала в присутствии органических соединений. Но исследование этих систем, особенно при низких концентрациях металла, до сих пор оставалось нерешённой задачей.

Группа химиков из Северозападного университета разработала особо чувствительный метод для исследования взаимодействий хромат-анионов (CrO₄^2-) с поверхностью минерала в контролируемых условиях. Профессора Франк М. Гейгер и Сонбин Т. Нгуйен, и их сотрудники Хинд А. Аль-Абадлех, Аманда Л. Миффлин и Пол А. Бертин, исследуя модельную систему, эмулирующую обогащенные органической материей почвы, установили, что ядовитые соединения хрома (VI) переносятся в два-три раза медленнее, чем предсказывала традиционная модель (J. Phys. Chem. B, публикация в сети, dx.doi.org/10.1021/jp050782o).

Используя разработки в области химии силоксанов, Гейгер и сотрудники модифицировали поверхность кварца, покрыв её слоем карбоксильных и метоксикарбонильных групп. Такая поверхность, находясь в контакте с раствором CrO₄^2-, служит одновременно и в качестве модели геохимической системы, и в качестве части оптической схемы для лазерной спектроскопии. Используя лазерные импульсы в фемтосекундном диапазоне, химики исследовали данную систему и определили сорбированный хромат-анион с помощью спектроскопии вторичного генерирования гармоник. Установка позволила учёным отслеживать процессы адсорбции хромат-аниона в микромолярной области концентраций, а также - впервые - непосредственные взаимодействия с субмонослоем. Результаты показали, что связывание зависит от природы функциональной группы (связывание с карбоксильной группой сильнее, чем со сложноэфирной) и от полноты покрытия раствором поверхности.

Обладая набором данных касательно прежде неисследованного состояния поверхности с низкой степенью покрытия, научная группа показала, что адсорбционная модель, включающая кооперативные эффекты связывания и стабилизирующие взаимодействия соседних хромат-анионов, удовлетворительным образом описывает экспериментальные данные.

"Вывод таков: предсказательная сила существующих на сегодняшний день моделей, описывающих распределение загрязнений, невелика, поскольку они базируются на грубых измерениях, не рассматривающих кооперативные поверхностные эффекты, ответственные за более медленный перенос", - поясняет Гейгер.

Он добавляет: «Более медленный транспорт означает, например, то, что, предупреждая жителей деревни о заражении их источника воды, само загрязение доберётся до них не через месяц, а через два-три».

источник: Chemical & Engineering News