Para ilmuwan secara tepat mengukur status muatan mangan

Anonim

Sebagian besar atom kehilangan atau memperoleh hanya beberapa elektron bermuatan negatif dari sekitarnya, tetapi bukan mangan. Elemen ini dapat menyumbangkan hingga tujuh elektron atau kunci pas sebanyak tiga elektron jauhnya, kemampuan yang dapat berimplikasi pada kualitas air dan tanah. Para ilmuwan perlu menghitung secara akurat jumlah elektron yang dimiliki mangan saat hadir dalam material dan mineral. Dipimpin oleh Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), tim dari Smithsonian Institution dan Penn State merancang metode yang mudah dilaksanakan yang melakukan hal itu. Pendekatan mereka, berdasarkan pada percobaan terperinci, terkontrol dan analisis yang cermat, memungkinkan orang lain dengan akses ke spektrometer fotoelektron sinar-x melakukan pengukuran mereka sendiri.

Jika Anda melihat film "Erin Brockovich, " Anda tahu kekhawatiran seputar kontaminasi kromium (Cr). Unsur ini adalah bagian dari pengawet kayu, perawatan logam, dan banyak lagi. Kromium yang telah kehilangan tiga elektron (Cr3 +) dapat tinggal di tanah dan jauh di bawah tanah, tetapi jika kehilangan lebih banyak elektron dan berubah menjadi Cr 6+, itu menjadi bergerak dan dapat masuk ke persediaan air. Oksihroksida mangan (kombinasi mangan, oksigen, dan hidrogen) adalah satu-satunya mineral di lingkungan yang mampu mengambil elektron tersebut dari Cr 3+ dan mengubahnya menjadi Cr 6+. Mencegah kromium dari mobilisasi akan mendapat manfaat dari pemahaman yang lebih rinci tentang mangan dan jumlah elektronnya, atau keadaan oksidasi. Pekerjaan ketat tim untuk menentukan keadaan oksidasi menggunakan x-ray photoelectron spectroscopy (XPS), teknik yang banyak tersedia di komunitas ilmiah, akan menawarkan wawasan baru.

Tujuannya adalah untuk mengukur keadaan oksidasi mangan di birnessite, mineral yang mengandung mangan di tiga negara oksidasi yang berbeda, telah kehilangan dua, tiga, atau empat elektron (dicatat sebagai Mn 2+, 3+, 4+, masing-masing). Sampel berasal dari Departemen Ilmu Mineral di Smithsonian Institution di Washington, DC.

Tim menganalisis sampel dengan XPS di Laboratorium Ilmu Molekuler Lingkungan (EMSL) di Negara Bagian Washington. Untuk setiap sampel, mereka memperoleh spektrum, menunjukkan puncak yang menandakan keadaan oksidasi yang ada, tetapi dengan cara yang berbelit-belit, tidak mudah diekstraksi. Bagaimana seseorang menentukan kontribusi dari setiap status oksidasi?

"Pertanyaan ini sangat sulit untuk dijawab, " kata Dr. Sebastien Kerisit, seorang ahli kimia PNNL pada proyek tersebut. "Bagaimana Anda menetapkan puncak, apa artinya, bagaimana mereka berhubungan dengan komposisi mineral? Kami ingin memberikan pendekatan yang ketat yang memungkinkan para ilmuwan benar-benar dapat mengukur keadaan oksidasi yang berbeda dari mangan."

Tim ini melakukan analisis mendalam dari spektrum menggunakan sampel standar di mana mangan diketahui hadir dalam keadaan oksidasi tunggal dan mengeksploitasi korelasi antara puncak yang berbeda untuk sampel dengan beberapa oksidasi. Sebagai bagian dari pekerjaan ini, mereka menunjukkan bahwa pendekatan yang lebih rinci sangat penting untuk mendapatkan keadaan oksidasi yang benar untuk mangan oxyhydroxides. Pendekatan sederhana untuk mengandalkan puncak tunggal tidak bekerja dengan sistem oxyhydroxide dengan tiga kemungkinan keadaan oksidasi.

"Anda harus berhati-hati ketika melakukan studi XPS, dan kami telah menetapkan seberapa hati-hati Anda, " kata Dr Eugene Ilton, yang memimpin penelitian. Teknik mereka sekarang tersedia bagi orang lain untuk digunakan. Para ilmuwan di EMSL dan di tempat lain menggunakan pendekatan ini untuk menghitung keadaan oksidasi mangan.

Para ilmuwan dapat menggunakan pendekatan baru ini untuk mendapatkan pemahaman yang akurat tentang status oksidasi mangan, manfaat bagi mereka yang merancang solusi energi baru dan mereka yang bekerja pada pembersihan lingkungan. Di PNNL, para ilmuwan sudah menggunakan metode ini untuk memahami bagaimana mineral yang mengandung mangan berinti dan tumbuh.

menu
menu