Ion concentration and deduced chemical compounds of the GRIP and Dome Fuji ice cores, Greenland and Antarctica

We have proposed a method of deducing the chemical compounds found in deep polar ice cores by analyzing the balance between six major ions (Cl-, NO3-, SO4**2-, Na+, Mg2+, and Ca2+). The method is demonstrated for the Holocene and last glacial maximum regions of the Dome Fuji and GRIP ice cores. The dominant compounds depend only on the ion balance and the sequence of chemical reactions. In priority order, the principle salts are calcium sulfate, other sulfates, nitrate, chloride, and carbonate. The chemical abundances deduced by this method agree well with the results of Raman spectroscopy on individual salt inclusions. The abundances in the ice cores are shown to reflect differences in climatic periods (the acidic environment of the Holocene versus the reductive environment of the last glacial maximum) and regional conditions (the marine environment of Antarctica versus the continental environment of Greenland).

Collection of data on particulate and dissolved soil phosphorus in the Jena Experiment (Main Experiment, time series since 2002)

This data set contains two time series of measurements of dissolved phosphorus (organic, inorganic and total with a biweekly resolution) and dissolved inorganic phosphorus with a seasonal resolution. In addition, data on phosphorus from soil samples measured in 2007 and fractionated by different acid-extrations (Hedley fractions) are provided. All data measured at the main experiment plots of a large grassland biodiversity experiment (the Jena Experiment; see further details below). In the main experiment, 82 grassland plots of 20 x 20 m were established from a pool of 60 species belonging to four functional groups (grasses, legumes, tall and small herbs). In May 2002, varying numbers of plant species from this species pool were sown into the plots to create a gradient of plant species richness (1, 2, 4, 8, 16 and 60 species) and functional richness (1, 2, 3, 4 functional groups). Plots were maintained by bi-annual weeding and mowing. 1. Dissolved phosphorus in soil solution: Suction plates installed on the field site in 10, 20, 30 and 60 cm depth were used to sample soil pore water. Cumulatively extracted soil solution was collected every two weeks from October 2002 to May 2006. The biweekly samples from 2002, 2003 and 2004 were analyzed for dissolved organic phosphorus (DOP), dissolved inorganic phosphorus (PO4P) and dissolved total phosphorus (TDP) by Continuous Flow Analyzer (CFA SAN ++, SKALAR [Breda, The Netherlands]). 2. Seasonal values of dissolved inorganic phosphorus in soil solution were calculated as volume-weighted mean values of the biweekly measurements (spring = March to May, summer = June to August, fall = September to November, winter = December to February). 3. Phosphorus fractions in soil: Five independent soil samples per plot were taken in a depth of 0-15 cm using a soil corer with an inner diameter of 1 cm. The five samples per plot were combined to one composite sample per plot. A four-step sequential P fractionation (Hedley fractions) was applied and concentrations of P fractions in soil were measured photometrically (molybdenum blue-reactive P) with a Continuous Flow Analyzer (Bran&Luebbe, Germany).

Phosphorus fractions in soil of the Jena Experiment (Main Experiment, year 2007)

This data set contains measurements of phosphorus fractions (Hedley fractions) in soil collected 2007 from the main experiment plots of a large grassland biodiversity experiment (the Jena Experiment; see further details below). In the main experiment, 82 grassland plots of 20 x 20 m were established from a pool of 60 species belonging to four functional groups (grasses, legumes, tall and small herbs). In May 2002, varying numbers of plant species from this species pool were sown into the plots to create a gradient of plant species richness (1, 2, 4, 8, 16 and 60 species) and functional richness (1, 2, 3, 4 functional groups). Plots were maintained by bi-annual weeding and mowing. Soil sampling and analysis: Five independent soil samples per plot were taken in a depth of 0-15 cm using a soil corer with an inner diameter of 1 cm. The five samples per plot were combined to one composite sample per plot. A four-step sequential P fractionation (Hedley fractions) was applied. Sequentially, 20 ml NaHCO3 (adjusted to pH 8.5), 30 ml NaOH, and 35 ml HCl were used as extraction solutions for 0.5 g soil. The last step comprised the combustion (550 °C) of the remaining soil to destroy all organic material followed by shaking with 20 ml H2SO4. Organic P concentrations of the respective fractions were calculated as the difference between total dissolved P and inorganic P. Duplicate phosphate concentrations of P fractions in soil were measured photometrically (molybdenum blue-reactive P) with a Continuous Flow Analyzer (Bran&Luebbe, Germany).

(Table 7) Representative electron microprobe analyses for natroalunite and larger FeOx spheroids of experiment ADSU6

Acid-sulfate alteration of basalt by SO2-bearing volcanic vapors has been proposed as one possible origin for sulfate-rich deposits on Mars. To better define mineralogical signatures of acid-sulfate alteration, laboratory experiments were performed to investigate alteration pathways and geochemical processes during reaction of basalt with sulfuric acid. Pyroclastic cinders composed of phenocrysts including plagioclase, olivine, and augite embedded in glass were reacted with sulfuric acid at 145 °C for up to 137 days at a range of fluid : rock ratios. During the experiments, the phenocrysts reacted rapidly to form secondary products, while the glass was unreactive. Major products included amorphous silica, anhydrite, and Fe-rich natroalunite, along with minor iron oxides/oxyhydroxides (probably hematite) and trace levels of other sulfates. At the lowest fluid : rock ratio, hexahydrite and an unidentified Fe-silicate phase also occurred as major products. Reaction-path models indicated that formation of the products required both slow dissolution of glass and kinetic inhibitions to precipitation of a number of minerals including phyllosilicates and other aluminosilicates as well as Al- and Fe-oxides/oxyhydroxides. Similar models performed for Martian basalt compositions predict that the initial stages of acid-sulfate alteration of pyroclastic deposits on Mars should result in formation of amorphous silica, anhydrite, Fe-bearing natroalunite, and kieserite, along with relict basaltic glass. In addition, analysis of the experimental products indicates that Fe-bearing natroalunite produces a Mössbauer spectrum closely resembling that of jarosite, suggesting that it should be considered an alternative to the component in sulfate-rich bedrocks at Meridiani Planum that has previously been identified as jarosite.

New particle formation at the coastal Antarctic site Neumayer in 2012 and 2014

We measured condensation particle (CP) concentrations and particle size distributions at the coastal Antarctic station Neumayer (70°39'S, 8°15'W) during two summer campaigns (from 20 January to 26 March 2012 and 1 February to 30 April 2014) and during polar night between 12 August and 27 September 2014 in the particle diameter (Dp) range from 2.94 nm to 60.4 nm (2012) and from 6.26 nm to 212.9 nm (2014). During both summer campaigns we identified all in all 44 new particle formation (NPF) events. From 10 NPF events, particle growth rates could be determined to be around 0.90±0.46 nm/h (mean ± std; range: 0.4 nm/h to 1.9 nm/h). With the exception of one case, particle growth was generally restricted to the nucleation mode (Dp < 25 nm) and the duration of NPF events was typically around 6.0±1.5 h (mean ± std; range: 4 h to 9 h). Thus in the main, particles did not grow up to sizes required for acting as cloud condensation nuclei. NPF during summer usually occurred in the afternoon in coherence with local photochemistry. During winter, two NPF events could be detected, though showing no ascertainable particle growth. A simple estimation indicated that apart from sulfuric acid, the derived growth rates required other low volatile precursor vapours.

Registry of all samples from the Tara Oceans Expedition (2009-2013)

The Tara Oceans Expedition (2009-2013) sampled the world oceans on board a 36 m long schooner, collecting environmental data and organisms from viruses to planktonic metazoans for later analyses using modern sequencing and state-of-the-art imaging technologies. Tara Oceans Data are particularly suited to study the genetic, morphological and functional diversity of plankton. Data sets in this collection provide methodological and environmental context to all samples collected during the Tara Oceans Expedition (2009-2013).

Seed germination characteristics of Phillyrea angustifolia L. and P. latifolia L. (Oleaceae), two Mediterranean shrub species having lignified endocarp

The aim of this study was to determine the germination characteristics of Phillyrea angustifolia L. and P. latifolia L. seeds in order to develop an optimized propagation protocol for Phillyrea species. Seeds of P. angustifolia and P. latifolia were collected from wild plants growing in Cáceres province (CW Spain) and Andalucía (S Spain), respectively. Percentage of water uptake for P. latifolia seeds was calculated. Seeds with and without endocarp were germinated at different constant and alternating temperatures. Seeds without endocarp were soaked in distilled water or gibberellic acid, and then set to germinate. Seeds with endocarp of both species were stratified at 5 ºC for 30 or 90 days and then the endocarp was completely removed from the seeds before they were sowed. Chemical scarification with sulfuric acid and mechanical scarification were tested on P. angustifolia seeds with endocarp. Phillyrea endocarp was permeable to water, since Phillyrea seeds with endocarp imbibed water, but water uptake was faster when the endocarp was removed. Moreover, the encodarp could interfere mechanically in the emergence of the radicle, since seed germination of Phillyrea species was promoted by the complete removal of the lignified endocarp surrounding each seed. Optimal germination temperature for both species was 15 ºC, and lower temperatures produced secondary dormancy. Soaking in distilled water or gibberellic acid did not significantly enhance seed germination. Cold stratification and chemical scarification treatments were detrimental for seed germination. Keywords cold stratification, Phillyrea species, treatments before sowing, seed germination, seed scarification, lignified endocarp.

Oxidação eletroquímica de etanol em temperatura ambiente e intermediária: estudo quantitativo das vias reacionais por espectrometria de massas on-line

Na primeira parte do trabalho, foram investigados materiais ativos para eletro-oxidar etanol e acetaldeído seletivos para a rota C2 (Carbono 2) e, também, ativos para eletro-oxidar hidrogênio molecular, visando a aplicação em células a combustível de hidrogênio indireto. Neste tipo de célula, um processador de combustível externo desidrogena o etanol e os produtos desta reação, contendo H2, acetaldeído e, possivelmente, etanol residual, são direcionados para alimentar o ânodo. Neste sentido, o eletrocatalisador anódico pode ser ativo para a eletro-oxidação de etanol residual, bem como acetaldeído, mas este deve catalisar a reação via C2 com o objetivo de evitar a formação de espécies que envenenam a superfície catalítica (CO ou CHx), ou seja, a ligação C-C deve permanecer intacta. Os eletrocatalisadores bimetálicos foram formados por M/Pt/C (onde M = W, Ru ou Sn) e os produtos reacionais foram analisados por DEMS On-line. Os resultados mostraram que Ru/Pt/C e Sn/Pt/C apresentaram maiores taxas de reação global, no entanto, eles não foram seletivos. Por outro lado, W2/Pt3/C foi mais seletivo para a rota C2, dada a não formação de CH4 e CO2. Além disso, este material também foi ativo e estável para a eletro-oxidação de H2, mesmo na presença de acetaldeído, o que o torna um potencial catalisador para aplicação no ânodo de células a combustível de hidrogênio indireto. Na segunda parte do trabalho, o objetivo foi relacionado com o estudo de eletrocatalisadores seletivos para a rota C1 (Carbono 1). A oxidação eletroquímica do etanol e de seus produtos reacionais foram investigados por DEMS on-line em temperatura ambiente e intermediária (245oC). Para temperatura ambiente, utilizou-se solução aquosa de ácido sulfúrico (H2SO4) e, para temperatura intermediária, utilizou-se ácido sólido (CsH2PO4) como eletrólito. Os eletrocatalisadores investigados foram formados por SnOxRuOx-Pt/C e Pt/C. Em temperatura ambiente, os resultados de polarização potenciodinâmica mostraram uma maior atividade eletrocatalítica para o material SnOxRuOx-Pt/C, com eficiência de corrente para formação de CO2 de 15,6% contra 15,2% para Pt/C, sob condições estagnantes, sem controle por transporte de massa. O stripping de resíduos reacionais, após a eletro-oxidação de etanol bulk, sob condições de fluxo, mostraram o acúmulo de espécies com 1 átomo de carbono (CO e CHx) que causam o bloqueio dos sítios ativos e são oxidadas eletroquimicamente somente em mais altos potenciais (ca. 1,0 V). Por outro lado, as curvas de polarização a 245oC mostraram maiores valores de eficiências de correntes para formação de CO2 (45% para Pt/C em ambos potenciais 0,5 V e 0,8 V contra 36% e 50% para SnOxRuOx-Pt/C em 0,5 V e 0,8 V respectivamente) quando comparado com os valores obtidos em temperatura ambiente, mas com atividades similares para SnOxRuOx-Pt/C e Pt/C. Para ambos os eletrocatalisadores, os estudos de espectrometria de massas a 245oC evidenciaram que as rotas eletroquímicas ocorrem em paralelo com rotas puramente químicas, envolvendo catálise heterogênea, de decomposição do etanol, produzindo H2 e CO2 como produtos majoritários.

Estudo do comportamento eletroquímico da liga UNS N07090 em diferentes concentrações de ácido sulfúrico.

Ligas de níquel têm atualmente uma vasta gama de aplicações, sendo a agressividade do meio e as elevadas temperaturas que estas ligas suportam, um diferencial excepcional. A liga UNS N07090, objeto deste trabalho, encontra aplicações muito diversas, entre elas turbocompressores, sistemas de exaustão e de pós-tratamento de motores a diesel. Nestas aplicações a liga está exposta a gases, que ao condensarem formam ácido sulfúrico (H2SO4). Torna-se, assim, importante, o conhecimento da resistência à corrosão da liga nesse meio. O presente trabalho tem como objetivo caracterizar o comportamento eletroquímico da liga através de curvas de polarização potenciodinâmica em diferentes concentrações de ácido sulfúrico. Observou-se que quanto maior a concentração de ácido, maior é a corrosão da liga. Este fato pode ser discutido pela adsorção do íon sulfato (SO42-), que prejudica tanto a formação quanto a cinética de crescimento da película passiva do níquel. Em contrapartida, a presença de Cr na liga UNS N07090 apresentou um benefício sobre a resistência à corrosão desta muito acima do esperado, influenciando de forma direta as curvas de polarização da liga e mantendo-a em condição de elevada resistência à corrosão em detrimento do pior desempenho observado em outros elementos pertecentes à liga, como Co, Al e Ti. Tempos de imersão de 24h em ácido sulfúrico elevam discretamente os parâmetros de corrosão da liga, mantendo-os, no entanto em patamares bastante baixos, permitindo finalmente concluir que a liga UNS N07090, quando exposta a concentrações que variam de 1M a 4M H2SO4, a 25°C, apresenta boa resistência à corrosão e que esta não se altera com o tempo de exposição. A análise dos resultados mostrou que o processo corrosivo é controlado por reações catódicas de sulfato e hidrogênio, as quais podem ter diferentes contribuições dependendo da concentração do ácido e do tempo de imersão da liga UNS N07090 no meio corrosivo.

Relação existente entre metavisualização e as representações simbólica e submicro na elaboração de atividade em química

O objetivo desse trabalho foi compreender em que medida uma estratégia metavisual, utilizada em sala de aula, pode ajudar na construção e reconstrução de ideias, especificamente numa atividade introdutória de eletroquímica e quais os fatores envolvidos nesse processo. Para isso, foi desenvolvida uma atividade para o estudo inicial de duas interações eletroquímicas, envolvendo ferro e soluções de sulfato de cobre (II) e ácido sulfúrico. Foi utilizada uma metodologia qualitativa, envolvendo 32 estudantes do 3.o ano do ensino médio de uma mesma escola, idades entre 16 e 18 anos, em que foram feitos os registros audiovisuais dos alunos realizando a atividade e as falas transcritas para análise. Além disso, eles responderam a um questionário para se pesquisar por indícios nas habilidades metavisuais em 1D e 2D e, por último, uma entrevista semiestruturada. Duas categorias foram elaboradas com o objetivo de se classificar as hipóteses propostas para posterior comparação, uma para o nível simbólico e a outra para o submicro, possibilitando a observação de possíveis evoluções e dificuldades encontradas. Com relação às habilidades metavisuais, também foram necessárias três categorias para compor a análise. Os resultados indicam que a estratégia metavisual mostrou-se eficiente para a construção e reconstrução de conceitos associados à eletroquímica, na medida em que as concepções alternativas e dificuldades, comuns nessa área, puderam ser discutidas e modificadas. Houve evolução das hipóteses dos alunos, com intensa modelagem de conceitos, propiciada pela comparação de imagens (metavisualização), tanto no nível simbólico quanto no submicro. Foi observado que os estudantes demonstraram maior dificuldade ao elaborar as hipóteses do submicro, possivelmente por esse nível ter mais detalhes, maior aprofundamento de conceitos, ser mais abstrato e, portanto, não ser natural para os estudantes. Adicionalmente, o tempo de aprendizagem e de modelagem revelou-se diferente para os grupos, o que sugere aos professores considerarem isso no processo ensino-aprendizagem. Finalmente, os resultados parecem apontar também que as habilidades metavisuais e as conexões entre os níveis representacionais podem estar associados a melhores aprendizados e que, muitas vezes, é necessária a utilização de diversas representações e de um tempo maior para que os alunos consigam evoluir. Vale ressaltar que o assunto ainda é pouco pesquisado, se comparado a outros temas e, sendo assim, recomendam-se mais pesquisas sobre as estratégias metacognitivas no ensino de ciências e de química, em que as suas contribuições, no aprendizado dos alunos, possam ser mais investigadas.

Reciclagem de resíduos eletroeletrônicos: um estudo cinético da lixiviação ácida de ferro de placas de circuito impresso de microcomputadores.

O aumento no consumo mundial de novos aparelhos eletroeletrônicos aliado à redução no tempo de vida útil destes equipamentos tem como principal consequência ao meio ambiente a geração de resíduos. No Brasil, com a instituição da Política Nacional de Resíduos Sólidos, criou-se a obrigatoriedade legal da responsabilidade dos fabricantes pela logística reversa dos equipamentos eletroeletrônicos, incentivando pesquisas para o desenvolvimento dos métodos de reciclagem e tratamento dos materiais descartados. O processo de lixiviação foi avaliado como alternativa à etapa de separação magnética presente nas atuais rotas hidrometalúrgicas para recuperação de metais valiosos de placas de circuito impresso. Para avaliar a composição das placas, foi realizado ensaio de dissolução em água régia. As amostras foram moídas e submetidas a ensaios de lixiviação com ácido sulfúrico nas concentrações de 1 e 2mol/L, às temperaturas de 75ºC, 85ºC e 95ºC, durante 24 horas. Com ácido sulfúrico 2mol/L a 95ºC, o tempo necessário para se obter 100% de extração do ferro foi de 2 horas. Nestas condições, não foi detectada a presença de cobre dissolvido. A cinética da reação é controlada por reação química e obedece a equação .=1(1)3. A energia de ativação aparente do processo equivale a 90kJ/mol.

Estudo da extração de índio a partir de telas de cristal líquido (LCD).

Ao longo dos últimos anos, o crescimento ao acesso a esse tipo de tecnologia pelos consumidores brasileiros tem intensificado o aumento no interesse ambiental e econômico dos LCDs. Os displays de cristal líquido são utilizados em televisores, calculadoras, telefones celulares, computadores (portáteis e tablets), vídeo games entre outros equipamentos eletrônicos. O avanço tecnológico neste campo tem tornado estes aparelhos obsoletos cada vez mais rápido, aumentando o volume de resíduos de LCDs a ser dispostos em aterros o que contribui para a redução da sua vida útil. Neste contexto, os LCDs provenientes de televisores de LED LCD tem se tornado uma fonte importante de resíduos de equipamentos eletroeletrônicos (REEE). Assim, torna-se essencial o desenvolvimento de métodos e processos para tratamento e reciclagem de LCDs. Deste modo, o objetivo do presente trabalho é a caracterização física e química de telas de cristal líquido provenientes de displays de televisores de LED LCDs e o estudo de uma rota hidrometalúrgica para recuperação de índio. Para tanto se utilizou técnicas de tratamento de minérios e análises físicas e químicas (separação granulométrica, perda ao fogo, visualização em lupa binocular, TGA, FRX, FT-IR) para caracterização do material e quantificação do índio antes e, após, a rota hidrometalúrgica que, por sua vez, foi realizada em reatores de bancada utilizando três agentes lixiviantes (ácido nítrico, sulfúrico e clorídrico), três temperaturas (25ºC, 40ºC e 60ºC) e quatro tempos (0,5h; 1h; 2h e 4h). Encontrou-se que a tela de cristal líquido representa cerca de 20% da massa total do display de televisores de LCD e que é composta por aproximadamente 11% em massa de polímeros e 90% de vidro + cristal líquido. Verificou-se também que há seis camadas poliméricas nas telas de cristal líquido, onde: um conjunto com 3 polímeros compõe o analisador e o polarizador, sendo que o polímero da primeira e da terceira camada de cada conjunto é triacetato de celulose e corresponde a 64% da massa de polímeros das telas. Já o polímero da segunda camada é polivinilalcool e representa 36% da massa de polímeros. Os melhores resultados obtidos nos processos de lixiviação foram com o ácido sulfúrico, nas condições de 60°C por 4h, relação sólido-líquido 1/5. Nessas condições, foi extraído em torno de 61% do índio contido tela de LCD.

The contribution of sulfate ions and protons to the specific capacitance of microporous carbon monoliths

The monoliths studied in this work show large specific surface areas (up to 1600 m2 g-1), high densities (up to 1.17 g cm-3) and high electrical conductivities (up to 9.5 S cm-1). They are microporous carbons with pore sizes up to 1.3 nm but most of them below 0.75 nm. They also show oxygen functionalities. The electrochemical behavior of the monoliths is studied in three-electrode cells with aqueous H2SO4 solution as electrolyte. This work deals with the contribution of the sulfate ions and protons to the specific capacitance of carbon monoliths having different surface areas and different contents of oxygen groups. Protons contribute with a pseudocapacitance (up to 152 F g-1) in addition to the double layer capacitance. Sulfate ions contribute with a double layer capacitance only. At the double layer, the capacitance of the sulfate ions (up to 291 F g-1) is slightly higher than that of protons (up to 251 F g-1); both capacitances increase as the surface area increases. The preference of protons to be electroadsorbed at the double layer and the broader voltage window of these ions account for their higher contribution (70 %) to the double layer capacitance.