Nový typ vysoko reaktívneho materiálu objavený v atmosfére

Prvýkrát bola nájdená úplne nová trieda chemických zlúčenín, ktoré sú vysoko reaktívne na atmosférické podmienky. Vedci z Kodanskej univerzity spolu s medzinárodnými spolupracovníkmi zdokumentovali vznik takzvaného trioxidu – vysoko oxidačnej chemickej zlúčeniny, ktorá ovplyvňuje ľudské zdravie aj našu globálnu klímu.

Peroxid vodíka je všeobecne známa chemická zlúčenina. Pretože všetky peroxidy majú dva atómy kyslíka navzájom spojené, sú vysoko reaktívne a často horľavé a výbušné. Používajú sa na všetko od bielenia zubov a vlasov až po čistenie rán a dokonca aj ako raketové palivo. Peroxidy sa však nachádzajú aj vo vzduchu okolo nás.

V posledných rokoch sa špekuluje, či sa v atmosfére nachádzajú aj trioxidy – chemické zlúčeniny obsahujúce tri atómy kyslíka navzájom spojené, a teda reaktívnejšie ako peroxidy. Doteraz to však nebolo nikdy jednoznačne dokázané.

„To je to, čo sme teraz dosiahli,“ hovorí profesor Heinrich Grum Kjörgrd z Katedry chémie Kodanskej univerzity. Kjærgaard je hlavným autorom štúdie uverejnenej 26. mája 2022 v prestížnom časopise, Veda,

Profesor Heinrich Grum Kjörgrd v ​​laboratóriu. kredit: Univerzita v Kodani

Pokračuje:

„Typy zlúčenín, ktoré sme objavili, sú jedinečné vo svojej štruktúre. A keďže sú vysoko oxidačné, pravdepodobne prinášajú mnohé účinky, ktoré sme ešte neodhalili.“

Hydrotrioxidy (ROOOH), ako sú známe, sú úplne novou triedou chemických zlúčenín. Vedci z Kodanskej univerzity (UCPH) spolu s kolegami z Leibnizovho inštitútu pre výskum troposféry (TROPOS) a Kalifornského technologického inštitútu (Caltech) dokázali, že tieto zlúčeniny vznikajú za atmosférických podmienok.

Reakcia: ROO + OH → ROOOH (atóm kyslíka v červenej farbe). Keď sú chemické zlúčeniny oxidované v atmosfére, často reagujú s OH radikálmi, zvyčajne tvoria nový radikál. Keď tento radikál reaguje s kyslíkom, vytvára tretí radikál nazývaný peroxid (ROO), ktorý zase môže reagovať s radikálom OH za vzniku hydrotrioxidu (ROOOH). kredit: Univerzita v Kodani

Výskumníci tiež ukázali, že hydrotrioxidy vznikajú počas atmosférického rozkladu niekoľkých známych a široko emitovaných látok, vrátane izoprénu a dimetylsulfidu.

„Je dosť dôležité, že teraz môžeme priamym pozorovaním ukázať, že tieto zlúčeniny sa skutočne tvoria v atmosfére, že sú prekvapivo stabilné a že sa skladajú z takmer všetkých chemických zlúčenín. Všetky špekulácie musia byť teraz zastavené.“ “ hovorí Jing Chen, doktorand na katedre chémie a druhý autor štúdie.

Hydrotrioxidy vznikajú reakciou medzi dvoma typmi radikálov (pozri obrázok nižšie). Výskumníci očakávajú, že takmer všetky chemické zlúčeniny budú tvoriť hydrotrioxid v atmosfére a odhadujú ich životnosť na minúty až hodiny. Vďaka tomu sú dostatočne stabilné na to, aby reagovali s mnohými ďalšími atmosférickými zlúčeninami.

prípadne absorbované v aerosóloch

Výskumný tím má tiež silné podozrenie na trioxidy, že sú schopné prehltnúť drobné častice vo vzduchu známe ako aerosóly, ktoré predstavujú zdravotné riziko a môžu spôsobiť respiračné a kardiovaskulárne ochorenia.

„S najväčšou pravdepodobnosťou sa dostanú do aerosólov, kde vytvoria nové zlúčeniny s novými účinkami. Je ľahké si predstaviť, že v aerosóloch vznikajú nové látky, ktoré sú škodlivé pri vdýchnutí. Tieto potenciálne účinky na zdravie však treba prekonať. Je potrebné ďalšie skúmanie “, hovorí Heinrich Grum Kjörgrd.

Aj keď aerosóly majú vplyv aj na klímu, v klimatických modeloch sú jedným z najťažšie opísateľných. A podľa vedcov je vysoko pravdepodobné, že koľko aerosólov produkuje hydrotrioxid.

Laboratórne nastavenie experimentu Free-Jet Flow v TROPOS v Lipsku poskytlo prvý priamy dôkaz, že hydrotrioxidy (ROOOH) vznikajú aj reakciou s peroxyradikálom (RO2) za atmosférických podmienok. Hydroxylové radikály (OH). kredit: Tilo Arnhold, TROPOS

„Keďže slnečné svetlo je odrážané aj pohlcované aerosólmi, ovplyvňuje tepelnú bilanciu Zeme – to znamená pomer slnečného žiarenia, ktoré Zem absorbuje a posiela späť do vesmíru. Keď aerosóly absorbujú látky, potom rastú a prispievajú k tvorbe oblakov, čo tiež ovplyvňuje Zemská klíma,“ hovoria spoluautori a Ph. študentka Eva R. Kjærgaard.

Účinok zlúčeniny je potrebné ďalej skúmať

Vedci dúfajú, že objav hydrotrioxidu nám pomôže dozvedieť sa viac o účinkoch chemikálií, ktoré emitujeme.

„Väčšina ľudskej činnosti vedie k uvoľňovaniu chemických látok do atmosféry. Preto je znalosť reakcií, ktoré určujú chémiu atmosféry, dôležitá, ak sme schopní predpovedať, ako naše činy ovplyvnia atmosféru v budúcnosti,“ hovorí spoluautor a postdoktorka, Kristen H. Moller.

O hydrotrioxidoch (ROOOH) sa doteraz len špekulovalo, že tieto organické zlúčeniny s neobvyklými OOH skupinami budú existovať. V laboratórnych pokusoch v TROPOS v Lipsku je dnes možné jasne preukázať ich vznik pri oxidácii dôležitých uhľovodíkov, akými sú izoprén a alfa-pinén. kredit: Tilo Arnhold, TROPOS

Ani on, ani Heinrich Grum Kjörgrd si však z nového objavu nerobia starosti:

„Tieto zlúčeniny tu boli vždy – len sme o nich nevedeli. Ale skutočnosť, že teraz máme dôkazy o tom, že zlúčeniny sa tvoria a žijú určitý čas, znamená, že sú cielenejšie, pokiaľ ide o účinky.“ vykonávať štúdie a reagovať, ak sa stanú nebezpečnými,“ hovorí Henrik Grum Kjörgrd.

„Objav naznačuje, že vo vzduchu môže byť veľa iných vecí, o ktorých zatiaľ nevieme. Vzduch okolo nás je skutočne obrovskou spleťou zložitých chemických reakcií. Ako výskumníci, ak sa nám podarí lepšie nájsť riešenia, musíme si zachovať otvorenú myseľ,“ uzavrel Jing Chen.

Referencie: Torsten Berndt, Jing Chen, Eva R. Kjrgaard, Christian H. Moller, Andreas Tilgner, Eric H. Hoffman, Hartmut Herrmann, John D. Koruny, Paul O. „Tvorba hydrotrioxidu (ROOOH) v atmosfére“ od Weinberga a. Heinrich G. Kajargaard, 26. mája 2022, Veda,
DOI: 10.1126/science.abn6012

o štúdiu

• Zatiaľ čo princípy nových výsledkov výskumu boli vyvinuté v Kodani, experimenty sa uskutočnili pomocou hmotnostnej spektrometrie, čiastočne v Leibnizovom inštitúte pre výskum troposféry (TROPOS) v Nemecku a čiastočne v Spojených štátoch amerických na Kalifornskom technologickom inštitúte (Caltech ). ,
• Zatiaľ čo pri mnohých experimentoch sa musia použiť vyššie koncentrácie, tieto experimenty sa vykonávajú v prostrediach, ktoré sú takmer identické s atmosférou, vďaka čomu sú výsledky veľmi spoľahlivé a porovnateľné s prostredím. Bolo umožnené merať hydrotrioxid pomocou neuveriteľne citlivých meracích prístrojov.
• Štúdiu vykonali: Torsten Berndt, Andreas Tilgner, Eric H. Hoffmann a Hartmut Hermann z Leibnizovho inštitútu pre výskum troposféry (TROPOS); Jing Chen, Eva R. na Katedre chémie Kodanskej univerzity. Kjrgaard, Christian H. Möller a Heinrich Grum Kjörgrd; a John D. Crowns a Paul O. v Caltech. Weinberg.