Jedlovszky Pál Eszterházy Károly Egyetem, Kémiai és Élelmiszerkémiai Tanszék Tanszék, 33 Eger, Leányka utca 6
- Fluid határfelületek modellezésének alapkérdései -Ízelítő a csoportunkban több évtizede folyó számítógépes határfelületi kutatások eredményeiből: - Mit mondhatunk a HCN Világ elméletről? - Hogyan oszlik meg a felületi feszültség az egyes felszín alatti molekuláris rétegek közt? - Hogyan kötődik meg a PEO a víz felületén, és hogyan szorítja le onnan a NaDeS?
gőzfázis folyadékfázis gőzfázis Sűrűségprofil: felületi régió.9 r bulk.1 r bulk d surf d surf
gőzfázis folyadékfázis gőzfázis
gőzfázis folyadékfázis gőzfázis Dolgozzunk ki egy módszert amivel egyértelműen kiválaszthatjuk a felületi molekulákat, és lehetővé teszi a határfelület szerkezetének vizsgálatát. ITIM (Identification of the Truly Interfacial Molecules)
Próbagolyót ejtünk a felületre, arra merőleges tesztvonalak mentén amelyik molekulán megakad a próbagolyó, az felületi Tömbfázis
Az első rétegbelinek talált molekulák eltávolításával és az eljárás megismétlésével a második (harmadik, stb.) réteg molekulái is azonosíthatók
a tyúk Mi volt előbb vagy a tojás? (szintetizálják a DNS-t) a fehérjék vagy a DNS? (kódolják a fehérjéket)
A Miller kísérlet (193-27) - ősleves hozzávalókkal - villámlások - a víz körforgása
A Miller kísérlet (193-27) Johnson, A. P.; Cleaves, H. J.; Dworkin, J. P.; Glavin, D. P.; Lazcano, A.; Bada, J. L. Science, 28, 322,44.
A Miller kísérlet (193-27) CH 4, NH 3, H 2 O, H 2 a Miller kísérlet másodlagos termékei Formamid Hidrolízis Kis HCN koncentráció HCN Nukleinsavbázisok (pl. adenin) Polimerizáció Nagy HCN koncentráció Polipeptidek Aminosavak Oligomerizáció HCN Világ hipotézis Csak nagy c HCN (1-11 M) mellett Hidrolízis A korabeli Földön nem volt ekkora HCN koncentráció!! Jég/levegő ill. víz/levegő határfelületek a feldúsulás lehetséges helyszínei
HCN mole % in the surface layers Feldúsulás a felületen 1 Mol% c HCN,bulk / M 8 6 bulk liquid phase first layer second layer third layer 3%.8 1:7.2 1% 2.8 1:8.3 4 2% 4.5 1:6.5 2 3% 5.5 1:6.5 5 1 15 2 25 3 HCN mole % in the bulk liquid phase
surf surf Feldúsulás a felületen r wat /Å -3.2.1 3% HCN.3.2.1 r HCN /Å -3...1.6.5 1% HCN.3..6 15% HCN..9.6.3.3...2.1 water HCN 3% HCN.1.5.. 2 3 4 - HCN jelentősen feldúsul a felületen, és ez a feldúsulás több rétegre is kiterjed - a HCN molekulák a felületi rétegen belül is feljebb helyezkedik el mint a vízmolekulák X / Å
Önasszociáció a felületi rétegben HCN H 2 O 5% HCN 15% HCN 3% HCN -a HCN molekulák a felületi rétegen belül is lokálisan feldúsulnak, az oldat tetején úszó szigeteket alkotnak
A felületi tartózkodás átlagos ideje
Konklúziók a HCN molekulák jelentősen feldúsulnak vizes oldatuk felületén + erős önasszociációs hajlam a felületi rétegen belül + a HCN molekulák sokáig maradnak a felületi rétegben Úszó HCN szigetek - az élet keletkezésének lehetséges helyszínei Adenin (a HCN pentamerje)
1 2 pn pl( X ) dx -Normális irányú nyomáskomponens konstans (mechanikai stabilitás) - Laterális nyomás profilja megmutatja, hogyan oszlik el a felületi feszültség a felület normálisa mentén - Kiszámítható az is, mennyivel járulnak hozzá az egyes felület alatti rétegek a felületi feszültséghez.
CCl 4 acetone acetonitrile methanol water
surface tension contribution (%) p T (X intr )/bar 25-25 -5-75 25-25 -5-75 -1 75 5 25-25 3 15-15 -3-45 -3-6 -9 Acetone CCl 4 Acetonitrile Methanol Water -12-15 -1-5 5 X intr /Å 1 75 5 25 1 75 5 25 1 75 5 25 1 75 5 25 1 75 5 25 CCl 4 92.% 1.3% -.9% -.7% acetone 94.2% 9.5% -.8% -1.4% acetonitrile 88.2% 1.9% 1.1%.1% methanol 12.4% -.6% -.8% -.7% water 85.4% 11.8% 2.6%.1% 1 2 3 4 layer
Felületaktív anyagok megkötődése víz felületén Nátrium dodecil szulfát (NaDS) Polietilén-oxid (PEO) A fenti két molekula közül a NaDS kötődik erősebben a víz felületén, képes onnan a PEO-t leszorítani Kérdés: hogyan kötődik meg a víz felületén a PEO, és hogyan szorítja le onnan a NaDS
PEO Percentage monomer of egységek PEO monomer százalékban units (a) ha a felületen csak PEO van 1 8 6 4 2 bulk folyadékfázis liquid phase határfelület interface vapor gőzfázis phase
Percentage of PEO monomer units (a) ha a felületen csak PEO van 1 8 6 4 2 bulk liquid phase interface vapor phase - a PEO lánc nem a felületen fekszik, csak néhány monomer egység horgonyzik le a felületen, a lánc többi része belóg a folyadékfázisba - rövid hurkok a gőzfázisba is belógnak
PEO monomer Percentage of egységek PEO monomer százalékban units (b) ha a felületen PEO és NaDS is van 1 5 5 5 5 5 mol/m 2 1 mol/m 2 2 mol/m 2 3 mol/m 2 4 mol/m 2 5 5 mol/m 2 5 6 mol/m 2 aqueous phase interface apolar phase folyadékfázis határfelület gőzfázis
Percentage of PEO monomer units (b) ha a felületen PEO és NaDS is van 1 5 5 5 5 mol/m 2 1 mol/m 2 2 mol/m 2 3 mol/m 2 5 4 mol/m 2 2 mmol/m 2 5 5 mol/m 2 5 6 mol/m 2 aqueous phase interface apolar phase 3 mmol/m 2 - kis mennyiségű NaDS odavonzza a felületre a PEO láncokat, velük micella-szerű komplexeket alkot (az apoláros molekularészeket a víz felől körülveszik a poláros csoportok)
Percentage of PEO monomer units (b) ha a felületen PEO és NaDS is van 1 5 mol/m 2 5 5 1 mol/m 2 2 mol/m 2 2 mmol/m 2 2 mmol/m 2 5 3 mol/m 2 3 mmol/m 2 5 4 mol/m 2 5 5 mol/m 2 5 6 mol/m 2 aqueous phase interface apolar phase - kis mennyiségű NaDS odavonzza a felületre a PEO láncokat, velük micella-szerű komplexeket alkot (az apoláros molekularészeket a víz felől körülveszik a poláros csoportok) - nagy mennyiségű NaDS már nem fér el a felületen a PEO láncok mellett, ezért leszorítja, belöki a vízbe azokat 4 mmol/m 2 6 mmol/m 2
Köszönöm a figyelmüket!