Een gedetailleerde studie van rondzwervende reacties - waarbij atomen van verbindingen zich afsplitsen en in een baan om andere atomen draaien om onverwachte nieuwe verbindingen te vormen - zou wetenschappers in staat kunnen stellen veel nauwkeurigere voorspellingen te doen over moleculen in de atmosfeer, inclusief modellen van klimaatverandering, stedelijke vervuiling en aantasting van de ozonlaag.

In een artikel dat vandaag in het tijdschrift is gepubliceerd: Wetenschap , een team van onderzoekers van UNSW Sydney, Universiteit van Sydney, Emory University en Cornell University lieten in ongekend detail zien wat er precies gebeurt tijdens rondzwervende reacties van chemische verbindingen.

Professor Scott Kabel, een atmosferische wetenschapper die ook het hoofd is van UNSW's School of Chemistry, vergelijkt de studie met het optillen van de motorkap bij rondzwervende reacties en voor het eerst zien hoe de onderdelen in elkaar passen. Hij zegt dat de studie wetenschappers nieuwe tools zal geven om de machinaties van reacties in de atmosfeer te begrijpen.

"Chemische reacties, waar atomen worden herschikt om nieuwe stoffen te maken, komen voortdurend voor in onze atmosfeer als gevolg van natuurlijke emissie door planten en dieren en door menselijke activiteit, " zegt prof. Kable.

"Veel van de belangrijkste reacties in de atmosfeer die bijdragen aan fotochemische smog en de productie van kooldioxide worden geïnitieerd door zonlicht, die moleculen uit elkaar kunnen splitsen.

"Voor een lange tijd, wetenschappers dachten dat deze reacties op een eenvoudige manier plaatsvonden, dat zonlicht werd geabsorbeerd en dan explodeert het molecuul, atomen in verschillende richtingen sturen.

"Maar, in de afgelopen jaren is gebleken dat, waar de energie van de zon net genoeg was om een ​​chemische binding te verbreken, de fragmenten voeren een intieme dans uit voordat ze atomen uitwisselen en nieuwe, onverwacht, chemische producten - bekend als roaming-reacties.

"Ons onderzoek toont aan dat deze 'roaming'-reacties ongebruikelijke en onverwachte kenmerken vertonen."

Prof Kable zegt in een experiment gedetailleerd in de krant:de onderzoekers keken naar de zwervende reactie in formaldehyde (CH2O) en waren verrast om in plaats daarvan te zien, twee heel verschillende signalen, "die we zouden kunnen interpreteren als twee verschillende roaming-mechanismen".

Professor Joel Bowman, die toezicht hield op simulaties van de roaming-reacties aan de Emory University in de VS, merkte op dat "gedetailleerde modellering van deze reacties niet alleen overeenstemt met de experimentele bevindingen, ze geven inzicht in de beweging van de atomen tijdens de reactie.” Simulaties van het experiment zijn ook uitgevoerd aan de Cornell University (VS).

Professor Meredith Jordan van de Universiteit van Sydney zegt dat de experimenten en theorieresultaten suggereren dat rondzwervende reacties zich uitstrekken over de klassieke en kwantumwerelden van natuurkunde en scheikunde.

"Door de resultaten te analyseren met de ongelooflijke details in zowel experimenten als simulaties, konden we de kwantummechanische aard van zwervende reacties begrijpen. We verwachten dat deze kenmerken aanwezig zullen zijn in alle zwervende reacties, " ze zegt.

De resultaten van deze studie zullen theoretici voorzien van de gegevens die nodig zijn om hun theorieën aan te scherpen, wat op zijn beurt wetenschappers in staat zal stellen de resultaten van door zonlicht geïnitieerde reacties in de atmosfeer nauwkeurig te voorspellen.

Prof Kable zegt dat de studie ook ten goede kan komen aan wetenschappers die werkzaam zijn op het gebied van verbranding en astrofysica, die complexe modellen gebruiken om te beschrijven hoe moleculen in gasvorm met elkaar omgaan.