Bewoners in sommige delen van de derde wereld hebben momenteel te maken met gevaarlijke niveaus van luchtvervuiling. Recent onderzoek, mede geleid door het Argonne National Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy (DOE), leidt tot een nieuw begrip van een belangrijke chemische stof die in staat is enkele belangrijke luchtverontreinigende stoffen af ​​te breken.

Stephen Klippenstein van Argonne en zijn medewerkers aan de Universiteit van Pennsylvania onderzochten het Criegee-tussenproduct, een carbonyloxide dat bestaat uit moleculen die zwaveldioxide en stikstofdioxide kunnen afbreken. Wetenschappers geloven dat deze moleculen bijdragen aan gezondheidsproblemen.

"Verbazingwekkend nauwe overeenstemming van ons theoretische werk en experimentele gegevens biedt belangrijke inzichten in de dynamiek van chemische reacties, ’ zei Klippenstein.

Volgens Klippenstein dit onderzoek verbetert modellen voor atmosferische chemie. Het werk van het team valideert ook een belangrijke theorie voor het voorspellen van chemische reactiviteit.

Het werk stelt onderzoekers in staat om de dissociatie - of de scheiding van een molecuul in atomen - van een prototypisch Criegee-tussenproduct op een nieuwe manier te begrijpen. "Dit onderzoek toont ons begrip van tunneling op een moleculair systeem dat van vitaal belang is voor het begrip van atmosferische chemie, zei Klippenstein, een vooraanstaand fellow in de Chemical Sciences and Engineering Division van Argonne die de theoretische berekeningen uitvoerde.

De onderzoekers toonden aan dat kwantummechanische tunneling de productiesnelheid van hydroxylradicalen in alkeenozonolysereacties aanzienlijk verhoogt, die meerdere bindingen verbreken onder atmosferische omstandigheden.

Hydroxylradicalen zijn belangrijk vanwege hun rol bij het afbreken van veel verontreinigende stoffen, hoewel in grote concentraties, ze dragen ook bij aan de vorming van smog.

Het onderzoeksteam, waaronder Marsha Lester en Amy Green van de Universiteit van Pennsylvania, benutte resultaten van eerder werk. Dat werk liet zien hoe het combineren van op laser gebaseerde experimenten met theorie op hoog niveau, een Argonne-keurmerk, zou de onderzoekers in staat kunnen stellen de intermediaire dissociatie van Criegee beter te begrijpen.

Het team slaagde door deuteratie te gebruiken, of de vervanging van waterstofatomen door deuteriumatomen, om te bestuderen hoe hydroxyl wordt geproduceerd. De chemische eigenschappen van deuteriumatomen zijn identiek aan die van waterstofatomen, maar omdat ze twee keer zo groot zijn in massa, ze hebben een veel lagere tunnelsnelheid.

De onderzoekers gebruikten synthetische chemie om gedeutereerde moleculen te produceren, waardoor ze de waterstofatomen in verschillende vormen konden vervangen terwijl al het andere ongewijzigd bleef.

Het team beschreef de resultaten in een recent gepubliceerd artikel met de titel "Selectieve deuteratie belicht het belang van tunneling in het unimoleculaire verval van Criegee-tussenproducten tot hydroxylradicaalproducten."