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
Các kim loại quý hiếm nhất hành tinh

Các kim loại quý hiếm nhất hành tinh

Vàng, kim cương thường được mọi người biết đến là những kim loại quý hiếm và đắt đỏ trên thế giới.

Đăng ngày: 24/09/2025
7 nghi lễ hiến tế người sống rùng rợn nhất thế giới

7 nghi lễ hiến tế người sống rùng rợn nhất thế giới

Không ít nền văn hóa cổ đại lại coi "hiến tế người" một cách rùng rợn là điều rất bình thường trong cuộc sống của họ.

Đăng ngày: 23/09/2025
10 câu nói càng đọc càng thấm của Galileo Galilei -

10 câu nói càng đọc càng thấm của Galileo Galilei - "Cha đẻ của Khoa học hiện đại"

Galileo Galilei (1564-1642) là một nhà thiên văn học, vật lý học, toán học và triết học người Ý, người đóng vai trò quan trọng trong cuộc cách mạng khoa học.

Đăng ngày: 23/09/2025
Những khả năng đặc biệt của con người khiến khoa học phải “nể phục”

Những khả năng đặc biệt của con người khiến khoa học phải “nể phục”

Con người có những khả năng đặc biệt mà đến khoa học cũng phải "lắc đầu ngao ngán" không lý giải được.

Đăng ngày: 22/09/2025
12 điều thú vị về tự nhiên bạn có thể chưa biết

12 điều thú vị về tự nhiên bạn có thể chưa biết

Thiên nhiên là nơi ấn giấu nhiều điều vô cùng mới lạ và bất ngờ đối với con người, không phải ai cũng biết đến những điều thú vị vẫn đang hiện hữu ngoài kia.

Đăng ngày: 22/09/2025
Hòn đá kỳ lạ lớn lên như nấm sau mưa

Hòn đá kỳ lạ lớn lên như nấm sau mưa

Ở Romania có một khu vực gồm toàn những hòn đá kỳ lạ, tên là trovant, có khả năng tự phình to và lớn lên như... nấm sau khi tiếp xúc với nước mưa.

Đăng ngày: 21/09/2025
Thăm quan hệ thống cối xay gió 1.000 năm vẫn chạy tốt của người Iran

Thăm quan hệ thống cối xay gió 1.000 năm vẫn chạy tốt của người Iran

Người Ba Tư cổ đại đã xây dựng nên những chiếc cối xay gió hơn 1.000 năm trước, và tới nay chúng vẫn hoạt động.

Đăng ngày: 19/09/2025
Khoa Học News