Жители некоторых районов развивающегося мира в настоящее время борются с опасными уровнями загрязнения воздуха. Недавнее исследование, проведенное совместно с Аргоннской национальной лабораторией Министерства энергетики США (DOE), привело к новому пониманию ключевого химического вещества, способного расщеплять некоторые основные загрязнители воздуха.
Стивен Клиппенштейн из Аргонны и его сотрудники из Пенсильванского университета исследовали промежуточный продукт Криги, карбонильный оксид, состоящий из молекул, способных расщеплять диоксид серы и диоксид азота. Ученые считают, что эти молекулы способствуют проблемам со здоровьем.
«Удивительно точное соответствие нашей теоретической работы и экспериментальных данных дает важные сведения о динамике химических реакций», - сказал Клиппенштейн.
По словам Клиппенштейна, это исследование улучшает модели химии атмосферы. Работа группы также подтверждает основную теорию предсказания химической реактивности.
Работа позволяет исследователям по-новому понять диссоциацию - или разделение молекулы на атомы - прототипа промежуточного соединения Криги. «Это исследование демонстрирует наше понимание туннелирования в молекулярной системе, что имеет жизненно важное значение для понимания химии атмосферы», - сказал Клиппенштейн, выдающийся сотрудник отдела химических наук и инженерии Аргонна, который выполнил теоретические расчеты..
Исследователи показали, что квантово-механическое туннелирование значительно увеличивает скорость производства гидроксильных радикалов в реакциях озонолиза алкенов, которые разрывают множественные связи в атмосферных условиях.
Гидроксильные радикалы важны из-за их роли в разрушении многих загрязняющих веществ, хотя в больших концентрациях они также способствуют образованию смога.
Исследовательская группа, в которую входят Марша Лестер и Эми Грин из Пенсильванского университета, использовала результаты предыдущей работы. Эта работа показала, как сочетание лазерных экспериментов с высокоуровневой теорией, отличительной чертой Аргонны, может позволить исследователям лучше понять промежуточную диссоциацию Криге.
Команде удалось с помощью дейтерирования или замены атомов водорода атомами дейтерия изучить, как образуется гидроксил. Химические свойства атомов дейтерия идентичны свойствам атомов водорода, но поскольку они в два раза больше по массе, скорость их туннелирования намного ниже.
Исследователи использовали синтетическую химию для получения дейтерированных молекул, что позволило им заменить атомы водорода в различных формах, оставив все остальное без изменений.
Это исследование в Аргонне поддерживалось Управлением науки Министерства энергетики США, а работа в Пенсильванском университете поддерживалась Национальным научным фондом.
Команда описала результаты в недавно опубликованной статье под названием «Селективное дейтерирование проливает свет на важность туннелирования в мономолекулярном распаде промежуточных соединений Криге до гидроксильных радикалов».