За последний год, используя источники нейтронов с высоким потоком в Национальном институте стандартов и технологий (NIST) и Окриджской национальной лаборатории (ORNL), группа из Иллинойса под руководством Янга Чжана, доцента кафедры ядерной, плазменной и радиологической инженерии (NPRE) ) и Институтом Бекмана в Иллинойсе, удалось записать на видео молекулярное движение алканов, основного компонента нефти и природного газа. Группа выяснила, что толщина жидких алканов может быть значительно уменьшена, что позволяет значительно увеличить скорость потока вещества.«Алкан — это в основном цепочка атомов углерода», — сказал Чжан. «Изменив один атом углерода в основной цепи молекулы алкана, мы можем заставить ее течь в 30 раз быстрее».Открытие группы опровергает хорошо известную теорию, которую профессора Принстонского университета Уолтер Каузманн и Генри Айринг сформировали в конце 1940-х годов.
Они предсказали, что все алканы имеют универсальную вязкость вблизи их точек плавления. Чжан сказал, что эту теорию цитировали более 3000 раз.Однако был обнаружен довольно отчетливый эффект нечетно-четной динамики жидких алканов.
Эффект нечетно-четного в твердых алканах преподается почти в каждом вводном учебнике по органической химии, то есть разница в периодической упаковке твердых алканов с нечетными и четными номерами приводит к нечетным и четным изменениям их плотности и точек плавления. Однако в жидких алканах такого эффекта не ожидали из-за отсутствия в жидкостях периодической структуры.«Классическая теория вязкого течения молекул Каузмана-Эйринга слишком упрощена», — сказал Чжан. «Кажется, некоторые учебники химии могут нуждаться в доработке».
У ученых из Иллинойса было технологическое преимущество сверхвысокой скорости (пикосекунда, 1 триллионная секунды) и сверхвысокого разрешения (на нанометре, 1 миллиардная доля метра) "видеокамер" с использованием нейтроны, чтобы снимать фильмы о молекулах. «Нейтронный« микроскоп »- это крупный прорыв в исследованиях материалов, и мы используем его, чтобы смотреть на все. Есть вещи, которых мы никогда раньше не видели», — сказал Чжан.Исследование «Динамический нечетно-четный эффект в жидких н-алканах вблизи их точек плавления» было опубликовано в немецком издании Angewandte Chemie International Edition.
Сообщаемое исследовательское открытие имеет фундаментальное значение для понимания и улучшения широкого спектра химических процессов, таких как смазка, диффузия через пористые среды и теплопередача.