Научници претвораат пластика во дијаманти

На повеќе од милијарда километри оддалеченост од Земјата, на ледените џинови Нептун и Уран, дијамантите траат засекогаш. Ова не е космичка поезија, туку разумно научно заклучување: Знаеме дека под екстремно голем притисок и високи температури, километри под површината на планетите, јаглеводородите се спојуваат во кристали. Меѓутоа, на оддалечените Нептун и Уран, универзумскиот процес на создавање дијаманти е малку поинтересен. Од седумдесеттите години на дваесеттиот век, во научните кругови постои уверување дека е осема можно дијамантите да паѓаат кон течно-карпестите јадра на планетите и тој феномен неофицијално се нарекува дијамантски дожд.

Во 2017 година, научници од Германија и Калифорнија пронајдоа начин експериментално да ги создадат условите кои владејат на овие планети, правејќи мали дијаманти во лабораторија наречени нанодијаманти во лабораторија, користејќи полистирен (или стиропор). Според студијата објавена во списанието Science Advances, пет години подоцна експериментот бил повторен, овопјат со користење на стариот добар полиетилен терефталат (ПЕТ). Ова истражување има влијание не само на нашето разбирање на вселената, туку отвора врата кон произведување нанодијаманти од пластичен отпад, кои имаат широк наменски спектар.

Побогу, па ако го знаеме ова зошто не правиме дијаманти од истата пластика од која правиме садови за храна и шишиња за вода? Постои добра причина за тоа, вели Доминик Краус, главниот автор на студијата, научник од германската истражувачка лабораторија Helmholc-Centrum Drezden-Rozendorf.

Кога Краус и неговите колеги првпат се обиделе да направат нанодијаманти од полистирен, кој ги содржи истите состојки водород и јаглерод кои се наоѓаат на Нептун и Уран, тие го направиле тоа користејќи линеарен акцелератор на честички со кохерентен светлосен извор, рентгенски ласер со голема моќ, во Националната лабораторија за акцелерација во Калифорнија. Во овој процес полистиренот нагло се загревал на 5 000 Келвини (што е околу 8 450 степени Фаренхајт) и се компресирал под притисок од 150 гигапаскали, што е слично на условите пронајдени на длабочина од околу 9 600 километри во внатрешноста на ледените планети.

Иако научниците успеале да направат микроскопски дијамант користејќи два брзи удари со ласер, подоцна сфатиле дека му недостасува еден есенцијален хемиски елемент - кислород. Затоа се насочиле кон користење ПЕТ пластика, која има добар баланс не само на јаглерод и водород, туку и кислород, што подобро ги имитира хемиските услови од ледените џинови, во споредба со полистиренот.

Доминик Краус

„Хемијата во вакви услови е мошне комплексна и правењето адекватен модел е екстремно тешко - сешто може да се случи - е типична фраза која ја користат теоретичарите во дискусиите“, рече Краус. „И навистина, постоеја некои предвидувања кои денес покажуваат дека присуството на кислородот помага во формирањето на дијамантите [така што му помага на јаглеродот да се одвои од водородот], но исто така и претпоставката дека би можело да биде и обратно.

За да ја потврдат теоријата, Краус и неговите колеги земале парче ПЕТ пластика, го изложиле на истите експериментални услови од 2017 година, но исто така додале и нешто што го нарекуваме дифракција со рентгенски зрак под мал агол, за да видат колку брзо се формира дијамантот и колку голем може да се оформи.

„Откривме дека присуството на кислородот го засилува формирањето на дијамантот, наместо да го спречува, правејќи го дијамантскиот дожд најверојатно сценарио во овие планети“, вели Краус, додавајќи дека „Исто така, како што поминува времето во експериментот, гледаме дека под поголем притисок се формираат поголеми дијаманти“.

Со удар од само еден рентгенски зрак успеале да добијат многу мали дијаманти, со големина од неколку милијарди кристалити (или неколку микрограми, ако зборуваме за вкупната тежина). Но Краус вели дека тоа не е доволно, барем не засега, за да се користат како дијамантски квантни сензори кои го детектираат магнетниот тек, или хемиски катализатори, на кои им се потребни дијаманти од најмалку неколку милиграми за да функционираат. Меѓутоа, со текот на времето веројатно ќе можеме да го унапредиме овој метод, за да добиеме дијаманти кои можат да служат за споменатите цели, што ќе биде прв чекор кон посериозна рециклажа на пластиката.

„Ако индустриското мерење на процесот на формирање навистина функционира како што е наведено, нанодијамантите ќе бидат потребни во големи количини за одредени процеси (на пример за катализа на светлосно-индукциска реакција за редукција на јаглерод диоксидот, која помага за намалување на глобалното затоплување) - ова навистина би можело да стане потенцијален начин за рециклирање големи количини ПЕТ пластика“, рече Краус.

Иако е интересно да се прават светкави микро-дрангулии, важно е да не се изгуби од вид намерата на науката - подобро да разбереме како екстремните услови од средината на нашите ледени соседни планети буквално доведуваат до дијамантски дождови. Имајќи го тоа предвид, Краус и неговиот тим веруваат дека нашле повеќе докази за постоење несекојдневен вид вода, која до тој момент постоела само во теоријата, но конечно е откриена во 2019 година.

Суперјонската вода, која се однесува како чудна комбинација во цврста и течна агрегатна состојба, како што пренесува Њујорк Тајмс во 2018 година, се верува дека ги исполнува обвивките на Нептун, Уран и потенцијално безброј други планети и ледени џинови. Таа можеби нема никаква примена за нас на Земјата, но нејзиното присуство може да објасни зошто некои небесни тела имаат единствени магнетни полиња. Краус рече дека откритието дека нанодијамантите навистина се формираат во ледените џинови, ја прави поголема можноста дека ќе се појават услови за создавање суперјонска вода.

„Во нашите експерименти сè уште не видовме директни докази дека суперјонската вода се формира заедно со дијамантите“, рече Краус, „но нашите експерименти покажуваат дека јаглеродот се одвојува од водородот и кислородот, овозможувајќи во планетите да се формираат области со чиста вода. Значи, земајќи ја предвид дијамантската преципитација (таложење) како поизгледно сценарио на овие планети, исто така повеќе веројатно станува и формирањето суперјонска вода“.

Ако ја изземеме суперјонската вода, Краус и неговите колеги мораат да извршат уште истражувања на полето на нанодијамантите. Тие бараат начини да направат поголеми количини од овие мали скапоцени камења за неколку минути со користење на попристапен, но сè уште високоенергетски, ласерски систем. Можеби дури ќе се обидат да вметнат некој елемент како што е азотот, за да видат како тој ќе влијае на обликот на нанодијамантите. (присуството на азот во дијамантите е мошне честа појава - околу 98 проценти од природните дијаманти содржат десетици, па дури и стотици делови на милион атоми азот)

Ако некој, читајќи го ова, размислува да си игра Чиста хемија (Braking Bad), но со дијаманти и пластични шишиња, можеби треба да им ја остави комплицираната физика на научниците.

Превод: Алек Кузмановски

Извор: https://www.vice.com/