Nước là chất xúc tác trong các vụ nổ

Vật liệu có nhiều nhất trên Trái Đất thể hiện một số tính chất lạ thường khi được đặt trong điều kiện khắc nghiệt.

Các nhà khoa học thuộc phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore cho biết nước, trong môi trường đặc nóng, đóng vai trò xúc tác những phản ứng nổ phức tạp. Chất xúc tác là hợp chất đẩy nhanh phản ứng hóa học mà không hề bị tiêu thụ. Bạch kim và enzim là những chất xúc tác thường thấy. Nhưng nước rất hiếm khi, nếu có, đóng vai trò chất xúc tác dưới điều kiện bình thường.

Những vụ nổ lớn được hình thành từ oxy và hydro tạo ra nước ở nhiệt độ hàng nghìn độ K và lên đến áp suất 100.000 Atmofe, tương tự điều kiện bên trong những hành tinh khổng lồ.

Trong khi thuộc tính của nước tinh khiết ở áp suất và nhiệt độ cao đã được nghiên cứu trong nhiều năm, thì nước “cực độ” trong môi trường phản ứng chưa hề được đả động đến.

Sử dụng mô phỏng nguyên tử của một vụ nổ PETN (pentaerythritol tetranitrate), nhóm nghiên cứu phát hiện rằng trong nước, khi ion hydro đóng vai trò chất làm giảm, và ion hydroxit (OH) đóng vai trò chất ôxy hóa, thì các ion có tác dụng như một nhóm động lực di chuyển oxy giữa các trung tâm phản ứng.

Tác giả chính Christine Wu, cho biết: “Điều này hoàn toàn mới đối với chúng tôi. Nó cho thấy nước có thể kích thích phản ứng trong các vụ nổ và bên trong các hành tinh”.

Phát hiện này đi ngược lại cách nhìn hiện tại rằng nước đơn giản là một sản phẩm ổn định.

Wu cho biết: “Dưới điều kiện cực độ, nước trở nên khác thường vì sự phân tích liên tục. Khi bạn đưa nó vào điều kiện như bên trong một hành tinh, hydro của một phân tử nước bắt đầu di chuyển rất nhanh”.

Mô phỏng của ngòi nổ trong một vụ nổ lớn cho thấy “nước cực độ” (phân tử với nguyên tử hydro màu đỏ và hai nguyên tử oxy màu trắng) có thể đóng vai trò chất xúc tác đưa oxy qua lại giữa những vị trí phản ứng. (Ảnh: Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore)

Trong mô phỏng phân tử sử dụng siêu máy tính BlueGene L, Wu và các đồng nghiệp Larry Fried, Lin Yang, Nir Goldman và Sorin Bastea phát hiện rằng các ion hydro (H) và hydroxit (OH) trong nước chuyên chở oxy từ nitơ đến cácbon dưới điều kiện nổ PETN (nhiệt độ từ 3.000 độ K đến 4.200 độ K). Dưois cả hai điều kiện nhiệt độ, “nước cực độ” đóng vai trò sản phẩm cuối cùng và chất xúc tác chính.

Đối với một vụ nổ hình thành từ cácbon, nitơ, oxy và hydro, ví dụ như PETN, 3 sản phẩm khí chính là nước, cácbon đioxit và phân tử nitơ.

Nhưng cho đến ngày nay, quá trình hóa học dẫn đến những hợp chất ổn định này chưa được hiểu rõ.

Nhóm nghiên cứu phát hiện rằng nitơ mất oxy của nó cho hydro, chứ không phải cácbon, kể cả sau khi nồng độ nước đạt đến điểm cân bằng. Họ cũng phát hiện rằng nguyên tử cácbon nhận oxy chủ yếu từ hydroxit, chứ không phải trực tiếp từ nitơ monoxit (NO) hoặc nitơ đioxit (NO2). Trong khi đó nước phân tách và tái kết hợp với hydro và hydroxit một cách thường xuyên.

Wu cho biết: “Nước được hình thành là một phần của cơ chế giải phóng năng lượng. Cơ chế xúc tác hoàn toàn khác với cơ chế phân hủy của PETN hoặc các phản ứng nổ tương tự, trong đó nước chỉ là sản phẩm cuối cùng. Phát hiện mới này có ý nghĩa quan trọng cho các nhà khoa học đang nghiên cứu phấn bên trong của Thiên vương tinh và Hải vương tinh”.

Nghiên cứu được công bố trên số đặc biệt (tháng 4 năm 2009) của tạp chí Nature Chemistry.

Tham khảo:
Christine J. Wu, Laurence E. Fried, Lin H. Yang, Nir Goldman & Sorin Bastea. Catalytic behaviour of dense hot water. Nature Chemistry, 2009; 1 (1): 57 DOI: 10.1038/nchem.130

Từ khóa liên quan:

nước

vụ nổ

chất xúc tác

hydro

oxi

TIN CŨ HƠN
9 lý do chứng minh thuyết tiến hóa của Darwin là sai lầm

9 lý do chứng minh thuyết tiến hóa của Darwin là sai lầm

Thuyết tiến hóa của Darwin đóng vai trò rất lớn trong việc giải thích nguồn sống sự sống và sự phát triển của các loài sinh vật qua tiến hóa. Nhưng học thuyết của Darwin cũng gặp phải vô số những phản biện của giới khoa học.

Đăng ngày: 16/12/2025
Ông già Noel đến từ đâu?

Ông già Noel đến từ đâu?

Ông già Noel là "vai chính" trong Lễ Giáng sinh, với bộ đồ màu đỏ, viền trắng, chòm râu trắng và hai hàng ria dài, bộ mặt hóm hỉnh.…

Đăng ngày: 16/12/2025
Huyền thoại về

Huyền thoại về "con đường tơ lụa" nổi tiếng trong lịch sử

Hiểu hơn về con đường mang theo nhiều điều vĩ đại và chứa đầy sự thú vị mà con người thời xưa đã tạo ra.

Đăng ngày: 16/12/2025
14 loại chất độc khủng khiếp nhất thế giới

14 loại chất độc khủng khiếp nhất thế giới

Hãy cố gắng tránh xa những loại chất kịch độc này bằng mọi giá. Nếu tiếp xúc với chúng, bạn sẽ chết ngay lập tức.

Đăng ngày: 15/12/2025
Thứ 6 ngày 13 là ngày gì? Những chuyện kinh khủng xảy ra vào ngày này

Thứ 6 ngày 13 là ngày gì? Những chuyện kinh khủng xảy ra vào ngày này

Hôm nay, thứ 6 ngày 13 con số vẫn luôn dọa dẫm tất cả mọi người về sự xui xẻo và đen đủi mà nó mang lại.

Đăng ngày: 14/12/2025
Những điều đại kỵ không nên làm trong thứ 6 ngày 13

Những điều đại kỵ không nên làm trong thứ 6 ngày 13

Truyền thuyết cho rằng, thứ 6 ngày 13 là ngày xui xẻo, nhiều người truyền tai những việc không nên làm để tránh vận xui trong ngày này.

Đăng ngày: 14/12/2025
Vì sao người ta

Vì sao người ta "ngại" thứ sáu ngày 13

Thứ 6 ngày 13 theo quan niệm Phương Tây là một ngày cực kỳ xui xẻo và kém may mắn. Rất nhiều người phải né tránh nó bởi đã có nhiều chuyện không vui xảy ra trong ngày này khiến họ kinh hãi.

Đăng ngày: 14/12/2025
Khoa Học News