Voor het eerst krijgt de chemie het oplossen van koolstofdioxide in water een beetje in beeld. Met een combinatie van röntgenabsorptiespectrometrie en theoretische modellen wisten Berkeley-onderzoekers een artist’s impression te tekenen, melden ze in Chemical Physics Letters.

Laatste auteur Rich Saykally hoopt zo helder te krijgen hoe CO₂ in de oceanen oplost en welke factoren het tempo beïnvloeden. Voor klimaatmodellen is die input cruciaal.

Bekend was al dat dat oplossen op zich vrij moeizaam gaat. Het wordt versneld doordat CO₂ met H₂O gaat reageren, in eerste instantie tot H₂CO₃ oftewel koolzuur. Dat molecuul leeft gemiddeld maar 26 millliseconden voordat het een proton afsplitst en als HCO₃^– verder gaat, vandaar dat het een uitdaging is om er aan te meten.

Vandaar de ontwikkeling van een ‘liquid microjet’-mengtechniek die twee vloeistofstroompjes vermengt in een silica spuitmond, en het mengsel dan direct door een röntgenbundel van de Advanced Light Source van Berkeley Lab spuit.

Hierbij laat je in wezen het oplosproces achteruit verlopen. De ene vloeistof bevat HCO₃^–, de andere een veel sterker zuur, bijvoorbeeld zoutzuur. Als die twee mengen, krijg je eerst weer H₂CO₃ en vervolgens CO₂ en H₂O.

In combinatie met simulaties op een supercomputer leiden de röntgenbeelden tot bijgaand plaatje. CO₂ is sterk hydrofoob; de zuurstofkernen hebben wel een beetje de neiging om waterstofbruggen te vormen met omringend water, maar het blijft bij gemiddeld 0,56 bindingen per CO₂. Zo boort het als het ware een tunnel in het omringende water.

Vervolgens weet het C-atoom vanaf een afstandje (minimaal 2,67 Angstrom) een zwakke interactie met één watermolecuul te bewerkstelligen, waarna je kennelijk dat koolzuur krijgt. Geen wonder dat dat moeizaam gaat.

bron: Berkeley Lab