Fyzikální a chemické jevy, které jsou doprovázeny změnou barvy, běžně pozorujeme ve skleněných nádobách. Mnohé důležité jevy však zůstávají našemu zraku skryty, protože nejsou spojeny s viditelnými změnami nebo je nelze provést v průhledné nádobě. Příkladem je běžné rozpouštění (absorpce) plynu v kapalině, při kterém dochází více než jen k ustavení rovnováhy popsané Henryho zákonem. Pokud není kapalina míchána, dochází k pomalé difuzi plynu do kapaliny a postupným změnám jejího objemu. Jak rychlá je difuze? Jak velká bude změna objemu? Bude mít meniskus roztoku plynu v kapalině stejný tvar jako meniskus původní čisté kapaliny za atmosférického tlaku? Dobré odpovědi na tyto otázky může poskytnout pozorování – za vyšších tlaků jsou však tyto jevy často skryty za silnou kovovou stěnou tlakově odolné nádoby.  

Neutronové záření prochází málo zeslabené mnoha materiály, například sloučeninami deuteria (²H, D), hliníkem nebo titanem. Značně zeslabené naopak prochází například prostředím obsahujícím sloučeniny běžného vodíku – protia (¹H). Díky nedávnému rozvoji technik neutronového zobrazování bylo možné s vysokým rozlišením zobrazovat difuzi mehtanu (CH₄) v deuterovaném n-dekanu (n-C₁₀D₂₂) a ethanolu (C₂D₆O) v silnostěnné titanové cele při tlaku 120 barů. Provedením jednoho experimentu v jedné cele bylo možné díky specifickému kontrastu, který neutrony poskytují, zaznamenat současně distribuci methanu v kapalině, změny výšky její hladiny a tvar menisku. V analogii k tzv. „one-pot“ syntézám, při kterých v jediném reaktoru probíhá více chemických přeměn, lze neutronovou mikroskopii použít k „one-pot“ zobrazování, při kterém na základě jednoho experimentu v jedné cele určíme více charakteristik.  

N-dekan byl ve studii použit jako modelový konstituent ropy, ethanol je v průmyslovém měřítku používán jako činidlo zabraňující tvorbě hydrátu methanu. Studie přispívá k pochopení vlastností methanu za podmínek, při kterých se vyskytuje v nalezištích a při zpracování. Zemní plyn bude pravděpodobně jedním z energetických nosičů, které umožní přechod na nízkouhlíkovou energetiku.

Původní publikace:

O. Vopička, P. Číhal, M. Klepić, J. Crha, V. Hynek, K. Trtík, P. Boillat, P. Trtik: One-pot neutron imaging of surface phenomena, swelling and diffusion during methane absorption in ethanol and n-decane under high pressure, PLoS ONE 15(9), 2020, e0238470. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0238470

Od akademického roku 2019/20 otevíráme nový bakalářský program Fyzikální a výpočetní chemie, který nabízí progresivní a atraktivní spojení chemie a výpočetní techniky.

Přihlašovat ke studiu se můžete až do 31. března 2019.