Химики научились быстро прогнозировать реакцию металла с водой

Исследователи из Университета штата Орегон и Калифорнийского университета в Беркли разработали новый вычислительный метод, позволяющий быстро и точно прогнозировать реакцию металла с водой. С подробностями исследования можно ознакомиться в Nature Communications.

«Мы научились быстро предсказывать реакции металлов с водой и то, какими будут продукты этих реакций, с помощью вычислительных методов», — сообщил автор исследования Дуглас Кеслер.

Изучив кластеры оксидов и гидроксидов металлов из элементов 13 группы: алюминия, галлия, индия и таллия — ученые провели квантово-механические расчеты, применив метод групповых аддитивных вкладов. Так ученые смогли создать диаграмму Пурбе, которая наглядно отображает термодинамически устойчивые формы существования металлов в растворах при различных значениях водородного показателя pH и окислительно-восстановительного потенциала E.

«Применяя этот подход, мы можем количественно оценить стабильность кластеров, — отметил Кеслер. — Например, если вы проектируете новую сталь для моста, вам необходимо знать, насколько вероятно случится коррозия. Или, если вы создаете новый металл для авиационного двигателя, вам интересно понять, будет ли он ржаветь.

Ученые отметили, что их примеры вполне реальные. Так, прошлым летом японская авиакомпания должна была обновить все 100 двигателей Rolls-Royce на Boeing 787 Dreamliners после нескольких сбоев двигателей, вызванных коррозией. Стоимость одного двигателя составляет 20 миллионов долларов.

«Большинство диаграмм Пурбе не учитывает эти металлические кластеры, и поэтому мы не могли до конца понимать, как металл отреагируют с водой, — сказал Кеслер. — Теперь мы можем быстро моделировать кластеры на компьютере, что позволит нам точнее предсказывать поведение металла в воде.