Embed Size (px)
Citation preview
Jedlovszky Pál Eszterházy Károly Egyetem,
Kémiai és Élelmiszerkémiai Tanszék Tanszék,
3300 Eger, Leányka utca 6
- Fluid határfelületek modellezésének alapkérdései
-Ízelítő a csoportunkban több évtizede folyó számítógépes határfelületi kutatások
eredményeiből:
- Mit mondhatunk a ‘HCN Világ’ elméletről?
- Hogyan oszlik meg a felületi feszültség az egyes felszín alatti molekuláris rétegek közt?
- Hogyan kötődik meg a PEO a víz felületén, és hogyan szorítja le onnan a NaDeS?
0.9 rbulk
0.1 rbulk
dsurf dsurf
felületi
régió
folyadékfázis gőzfázis gőzfázis
Sűrűségprofil:
folyadékfázis gőzfázis gőzfázis
folyadékfázis gőzfázis gőzfázis
Dolgozzunk ki egy módszert amivel egyértelműen kiválaszthatjuk a felületi
molekulákat, és lehetővé teszi a határfelület szerkezetének vizsgálatát.
ITIM (Identification of the Truly Interfacial Molecules)
Tömbfázis
Próbagolyót ejtünk a felületre, arra merőleges tesztvonalak mentén
amelyik molekulán “megakad” a próbagolyó, az felületi
Az első rétegbelinek talált molekulák eltávolításával és az eljárás megismétlésével a második (harmadik, stb.) réteg molekulái is azonosíthatók
Mi volt előbb
a tyúk vagy a tojás?
a fehérjék vagy a DNS?
(szintetizálják a DNS-t) (kódolják a fehérjéket)
A Miller kísérlet
(1930-2007)
- ősleves hozzávalókkal - villámlások
- a víz körforgása
A Miller kísérlet
(1930-2007)
Johnson, A. P.; Cleaves, H. J.; Dworkin, J. P.; Glavin, D. P.; Lazcano, A.; Bada, J. L. Science, 2008, 322,404.
A Miller kísérlet
(1930-2007)
HCN
CH4, NH3,
H2O, H2
Amino- savak
Polipeptidek
Nukleinsav-bázisok
(pl. adenin)
Formamid
Hidrolízis Polimerizáció
a Miller kísérlet
másodlagos termékei
Kis HCN koncentráció
Oligomerizáció
’HCN Világ’ hipotézis Csak nagy cHCN (1-11 M) mellett
Jég/levegő ill. víz/levegő határfelületek a feldúsulás lehetséges helyszínei
Hidrolízis
Nagy HCN koncentráció
A korabeli Földön nem volt ekkora HCN koncentráció!!
Feldúsulás a felületen
Mol% cHCN,bulk/
M
3% 0.8 1:7.2
10% 2.8 1:8.3
20% 4.5 1:6.5
30% 5.5 1:6.5
0 5 10 15 20 25 30
0
20
40
60
80
100
HC
N m
ole
% in
th
e s
urf
ace
la
ye
rs
HCN mole % in the bulk liquid phase
bulk liquid phase
first layer
second layer
third layer
20 30 400.000
0.001
0.002
0.000
0.003
0.006
0.000
0.005
0.010
0.00
0.01
0.02
0.000
0.005
0.010
0.000
0.003
0.006
0.009
0.000
0.003
0.006
0.000
0.001
0.002
0.003
30% HCN
X /
Å
water
HCN
surf
surf
15% HCN
rw
at /
Å-3
10% HCN
3% HCN
r
HC
N /
Å-3
Feldúsulás a felületen
- HCN jelentősen feldúsul a felületen, és ez a feldúsulás több rétegre is kiterjed
- a HCN molekulák a felületi rétegen belül is ”feljebb” helyezkedik el mint a vízmolekulák
Önasszociáció a felületi rétegben
5% HCN 15% HCN 30% HCN
HCN H2O
-a HCN molekulák a felületi rétegen belül is lokálisan feldúsulnak,
az oldat tetején ”úszó szigeteket” alkotnak
A felületi tartózkodás átlagos ideje
Konklúziók
a HCN molekulák jelentősen feldúsulnak vizes oldatuk felületén
+ erős önasszociációs hajlam a felületi rétegen belül
+ a HCN molekulák sokáig maradnak a felületi rétegben
Adenin (a HCN pentamerje)
Úszó HCN szigetek - az élet keletkezésének lehetséges helyszínei
XXpp d)(2
1LN
-Normális irányú nyomáskomponens konstans (mechanikai stabilitás)
- Laterális nyomás profilja megmutatja, hogyan oszlik el a felületi
feszültség a felület normálisa mentén
- Kiszámítható az is, mennyivel járulnak hozzá az egyes felület alatti
rétegek a felületi feszültséghez.
acetonitrile acetone
methanol water
CCl4
-15 -10 -5 0 5
-120000
-90000
-60000
-30000
0
-4500
-3000
-1500
0
1500
3000-250
0
250
500
750
-1000
-750
-500
-250
0
250-750
-500
-250
0
250
pT(X
intr)/
bar
Water
Xintr
/Å
Methanol
Acetonitrile
Acetone
CCl4
0
25
50
75
1000
25
50
75
1000
25
50
75
1000
25
50
75
100
1 2 3 4
0
25
50
75
100
0.1%2.6%85.4% 11.8%
water
surf
ace
ten
sio
n c
on
trib
uti
on
(%
)
layer
-0.7%-0.8%102.4% -0.6%
methanol
0.1%88.2% 10.9%
acetonitrile
-1.4%-0.8%94.2% 9.5%
acetone
-0.7%-0.9%
1.1%
10.3%92.0%
CCl4
Felületaktív anyagok megkötődése víz felületén
Polietilén-oxid (PEO)
Nátrium dodecil szulfát
(NaDS)
Kérdés: hogyan kötődik meg a víz felületén a PEO,
és hogyan szorítja le onnan a NaDS
A fenti két molekula közül a NaDS kötődik erősebben a víz felületén,
képes onnan a PEO-t leszorítani
0
20
40
60
80
100
bulk liquid phase vapor phaseinterface
Per
centa
ge
of
PE
O m
onom
er u
nit
s
folyadékfázis határfelület gőzfázis
PE
O m
on
om
er e
gy
ségek
szá
zalé
kb
an
(a) ha a felületen csak PEO van
(a) ha a felületen csak PEO van
0
20
40
60
80
100
bulk liquid phase vapor phaseinterface
Per
centa
ge
of
PE
O m
onom
er u
nit
s
- a PEO lánc nem a felületen fekszik, csak néhány monomer egység “horgonyzik le” a
felületen, a lánc többi része “belóg” a folyadékfázisba
- rövid hurkok a gőzfázisba is belógnak
0
50
0
50
0
50
0
50
0
50
100
0
50 6 mol/m2
aqueous phase interface apolar phase
0
50 5 mol/m2
4 mol/m2
3 mol/m2
Per
cent
age
of P
EO
mon
omer
uni
ts
2 mol/m2
1 mol/m2
0 mol/m2
PE
O m
on
om
er e
gy
ség
ek s
záza
lék
ba
n
folyadékfázis határfelület gőzfázis
(b) ha a felületen PEO és NaDS is van
(b) ha a felületen PEO és NaDS is van
2 mmol/m2
3 mmol/m2
0
50
0
50
0
50
0
50
0
50
100
0
50 6 mol/m2
aqueous phase interface apolar phase
0
50 5 mol/m2
4 mol/m2
3 mol/m2
Per
centa
ge
of
PE
O m
onom
er u
nit
s
2 mol/m2
1 mol/m2
0 mol/m2
- kis mennyiségű NaDS “odavonzza” a felületre a PEO
láncokat, velük micella-szerű komplexeket alkot (az
apoláros molekularészeket a víz felől körülveszik a
poláros csoportok)
(b) ha a felületen PEO és NaDS is van
0
50
0
50
0
50
0
50
0
50
100
0
50 6 mol/m2
aqueous phase interface apolar phase
0
50 5 mol/m2
4 mol/m2
3 mol/m2
Per
centa
ge
of
PE
O m
onom
er u
nit
s
2 mol/m2
1 mol/m2
0 mol/m2
2 mmol/m2
3 mmol/m2
2 mmol/m2
4 mmol/m2
6 mmol/m2
- nagy mennyiségű NaDS már nem fér el a felületen a PEO
láncok mellett, ezért leszorítja, “belöki a vízbe” azokat
- kis mennyiségű NaDS “odavonzza” a felületre a PEO
láncokat, velük micella-szerű komplexeket alkot (az
apoláros molekularészeket a víz felől körülveszik a
poláros csoportok)
Köszönöm a figyelmüket! Köszönöm a figyelmüket! Köszönöm a figyelmüket! Köszönöm a figyelmüket! Köszönöm a figyelmüket!
