Wetenschap
Licht werpen op het chemische raadsel van zwaveltrioxide in de atmosfeer
Onderzoekers van de Universiteit van Tampere hebben ontdekt dat zwaveltrioxide in de atmosfeer andere producten dan zwavelzuur kan vormen door interactie met organische en anorganische zuren.
Deze voorheen ongekarakteriseerde zure zwavelzuuranhydrideproducten leveren vrijwel zeker een belangrijke bijdrage aan de vorming van nieuwe deeltjes in de atmosfeer en een manier om carbonzuren efficiënt in atmosferische nanodeeltjes op te nemen. Een betere voorspelling van de vorming van aerosolen kan de luchtvervuiling helpen terugdringen en de onzekerheden over de klimaatverandering verminderen.
Hoewel lang werd aangenomen dat het enige lot van het gasvormige SO3 bij elke redelijke luchtvochtigheid vindt een snelle omzetting in zwavelzuur plaats, aanzienlijke niveaus van SO3 Onlangs is aangetoond dat ze zich ophopen onder stedelijke vervuilde omstandigheden, wat wijst op lacunes in ons begrip van de vormings- en verliesprocessen ervan.
De onderzoekers van de aërosolfysica aan de Universiteit van Tampere en hun medewerkers hebben nu aangetoond dat de wisselwerking tussen SO3 en enkele van de meest alomtegenwoordige zuurmoleculen in de atmosfeer leiden snel tot zure zwavelzuuranhydridemoleculen, die alle kenmerken hebben dat ze zeer efficiënt zijn in het vormen van nieuwe deeltjes en bijgevolg de klimaatdynamiek beïnvloeden.
In hun werk gebruikten de onderzoekers een combinatie van laboratoriumexperimenten en kwantumchemische berekeningen om de reactieproducten van SO3 te onderzoeken. met zowel organische als anorganische zuren onder omgevingsrelevante omstandigheden van druk en temperatuur. Veldmetingen hebben de relevantie van deze reacties in diverse chemische omgevingen verder gevalideerd, waaronder stedelijke gebieden, mariene en poolgebieden en vulkanische pluimen.
"De bestudeerde zuren kunnen fungeren als efficiënte putten voor gasvormig SO3 in de atmosfeer, waardoor de zwavelzuurconcentraties en de eigenschappen van aerosolen worden beïnvloed. Deze resultaten stellen het begrip van de atmosferische chemie aanzienlijk op de proef door nieuwe routes voor deeltjesvorming en transportmechanismen van carbonzuren te identificeren", zegt een van de belangrijkste auteurs, Dr. Avinash Kumar van de Universiteit van Tampere.
De huidige bevindingen tonen ook een directe gasfaseroute naar organozwavelverbindingen aan, wat relevant is voor het zwavelgehalte in atmosferische aërosolen waarvan doorgaans werd gedacht dat deze alleen afkomstig waren van meerfasige reacties.
"Het belang van deze reacties betekent dat de betrouwbaarheid van de huidige atmosferische chemiemodellen aanzienlijk zal worden verbeterd als ze worden geïntegreerd, vooral om de vorming van aerosolen in regio's met een hoog zwavelgehalte te begrijpen", voegt Dr. Siddharth Iyer van de Universiteit van Tampere toe.
Betere voorspellingen van de vorming van aerosolen kunnen leiden tot verbeterde strategieën voor het beheersen van luchtvervuiling en het verzachten van de impact ervan op het mondiale klimaat.
Het onderzoek werd uitgevoerd in samenwerking met externe partners aan de Universiteit van Birmingham, VK, Universiteit van Helsinki, Finland, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Barcelona, Spanje en The Cyprus Institute, Nicosia, Cyprus.
Het onderzoeksartikel "Directe metingen van covalent gebonden zwavelzuuranhydriden uit gasfasereacties van SO3 met zuren onder omgevingsomstandigheden" werd op 21 mei 2024 gepubliceerd in het Journal of the American Chemical Society .