Un estudi publicat per quatre grups de recerca de les universitats de València, La Laguna i Califòrnia Los Angeles, i l’Institut de Tecnologia Química revela que el diòxid de carboni a altes pressions i temperatures interactua de manera diferent amb metalls com l’or, el platí i el reni. El treball, basat en experiments en laboratori, és rellevant per a la cerca de nous compostos de carboni que formen part del mantell terrestre. A més, proposa una nova metodologia per a aquest tipus d’experiments.

La importància d’aquesta recerca radica en les grans quantitats de diòxid de carboni (CO2) emmagatzemades en l’escorça terrestre en forma de carbonats en les zones de subducció (on s’uneixen plaques oceàniques) i que s’incorporen al mantell terrestre. Donada la importància d’aquest gas en la temperatura de la Terra, i per tant el seu efecte en el canvi climàtic, conèixer l’estabilitat de les formes oxidades del carboni i l’existència d’aquest en el mantell terrestre, són preguntes de gran rellevància en geofísica (ciència que estudia tots els fenòmens relacionats amb l’estructura, les condicions físiques i la història evolutiva de la Terra).

David Santamaría Pérez, investigador de l’Institut de Ciència dels Materials i del Departament de Física Aplicada i Electromagnetisme de la Universitat de València és el primer signatari dels dos articles sobre aquesta recerca que s’han publicat en les revistes Inorganic Chemistry i Nature Communications. En ells s’analitza el comportament del diòxid de carboni en les condicions extremes de pressió i temperatura del mantell terrestre, amb l’objectiu de conèixer-ne detalladament la química.

“El primer pas per a comprendre el comportament dels minerals carbonat, és a dir compostos basats en oxigen i carboni en condicions de l’interior terrestre, és desvetllar la reactivitat química del CO2 en diferents entorns. Els experiments en laboratori aprofundeixen en aquest coneixement i permeten dissenyar noves estratègies per a reproduir les condicions de l’interior terrestre, sense tindre productes de reacció no desitjats”, ha explicat David Santamaría.

Per a estudiar aquest comportament, es duen a terme experiments en laboratori amb càmeres de pressió que tenen components fets de metalls com el reni. El treball desenvolupat pel grup coordinat per David Santamaría ha trobat que aquest metall reacciona amb el diòxid de carboni a una alta pressió i formen òxid de reni, mentre que no es produeix cap reacció del diòxid de carboni quan s’usen components fets d’or o de platí.

Aquests resultats han permès rebutjar les conclusions d’un treball previ publicat en la revista Nature Communications sobre la formació d’una nova solució sòlida, un òxid de silici i carboni. “Aquest treball obria la porta a una nova química a pressions relativament baixes. El compost reportat era potencialment rellevant per als camps de Ciències de la Terra i de Materials. No obstant açò, el nostre treball demostra que el compost que es formava a aquelles pressions era en realitat un òxid de reni, producte de la reacció amb la càmera de pressió del dispositiu experimental”, afirma David Santamaría.

Els resultats de la recerca publicada permeten proposar una nova metodologia per a realitzar experiments amb CO2 i minerals carbonats a altes pressions i temperatures, tot evitant l’ús del reni en la càmera de pressió. A més, aquesta metodologia s’ha emprat per a cercar nous compostos potencialment estables, en estudis experimentals amb els quals s’explora el comportament a altes temperatures i pressions del sistema format per diòxid de carboni i diòxid de silici.

Fotònica i Semiconductors

La Unitat de Semiconductors sota Condicions Extremes (Grup de Fotònica i Semiconductors) de l’Institut Universitari de Ciència dels Materials (ICMUV) està especialitzada en l’estudi de materials en diferents condicions termodinàmiques. Ha publicat nombrosos articles sobre propietats òptiques i estructurals de materials tecnològics (òxids nanocristal·lins, materials de gran duresa o ferroelèctrics, entre d’ altres).

Articles:

[1] D. Santamaria-Perez, C. McGuire, et al. (2016) Exploring the chemical reactivity between carbon dioxide and three transition metals (Au, Pt, and Re) at high pressures and temperatures. Inorg. Chem. 55, 10793.

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.inorgchem.6b01858 

[2] D. Santamaria-Perez, C. McGuire, et al. (2016) Strongly-driven Re + CO2 redox reaction at high-pressure, high-temperature conditions. Nature Communications 7:13647.

http://www.nature.com/articles/ncomms13647

Peu de foto: 

(Imatge galeria). En la part esquerra, mostra de reni metall comprimida i calfada per un làser de gran potència. A la dreta, la mostra després d’haver reaccionat amb el CO2 durant l’escalfament.

•