Una classe completamente nuova di composti chimici super-reattivi, i triossidi, è stata scoperta in condizioni atmosferiche.

Per la prima volta è stata trovata una classe completamente nuova di composti chimici super reattivi in ​​condizioni atmosferiche. Scienziati dell’Università di Copenaghen, in stretta collaborazione con i loro colleghi internazionali, hanno documentato la formazione del cosiddetto triossido, un composto chimico altamente ossidante che molto probabilmente colpisce la salute umana e il nostro clima globale.

Il perossido di idrogeno è un composto chimico ben noto. Poiché tutti i perossidi contengono due atomi di ossigeno legati insieme, sono altamente reattivi e spesso combustibili ed esplosivi. Sono usati per tutto, dallo sbiancamento dei denti e dei capelli alla pulizia delle ferite e persino come carburante per missili. Tuttavia, i perossidi si trovano anche nell’aria intorno a noi.

Negli ultimi anni ci sono state speculazioni sul fatto che i triossidi – composti chimici con tre atomi di ossigeno legati insieme e quindi più reattivi dei perossidi – siano presenti anche nell’atmosfera. Ma finora, questo non è stato definitivamente dimostrato.

“Questo è ciò che abbiamo realizzato ora”, afferma il professor Henrik Grom Kjærgaard, del Dipartimento di Chimica dell’Università di Copenaghen. Kjærgaard è l’autore principale dello studio, che è stato pubblicato il 26 maggio 2022 sulla prestigiosa rivista, Scienze.

Il professor Henrik Grum Kjærgaard in laboratorio. Credito: Università di Copenaghen

Continua:

Il tipo di composti che abbiamo scoperto sono unici nella loro struttura. E poiché è altamente ossidante, probabilmente provoca una serie di effetti che non abbiamo ancora rivelato”.

Gli idrossidi (ROOOH), come sono conosciuti, sono una classe completamente nuova di composti chimici. I ricercatori dell’Università di Copenaghen (UCPH), insieme ai colleghi del Leibniz Tropospheric Research Institute (TROPOS) e del California Institute of Technology (Caltech), hanno dimostrato che questi composti si formano in condizioni atmosferiche.

Reazione: ROO + OH → ROOOH (atomi di ossigeno in rosso). Quando i composti chimici nell’atmosfera sono ossidati, spesso reagiscono con i radicali OH, formando nuovi radicali. Quando questo radicale reagisce con l’ossigeno, forma un terzo radicale chiamato perossido (ROO), che a sua volta può reagire con i radicali OH, formando così idrossidi (ROOOH). Credito: Università di Copenaghen

I ricercatori hanno anche dimostrato che gli idrotriossidi si formano durante la decomposizione atmosferica di diverse sostanze note e ampiamente rilasciate, tra cui isoprene e dimetilsolfuro.

“È molto importante che ora possiamo dimostrare, attraverso l’osservazione diretta, che questi composti si formano effettivamente nell’atmosfera, che sono sorprendentemente stabili e che sono costituiti da quasi tutti i composti chimici”, afferma Jing Chen, un dottorando presso il Dipartimento di Chimica e secondo autore dello studio, ogni speculazione deve ora essere messa da parte.

Gli idrotriossidi si formano in una reazione tra due tipi di radicali (vedi figura sotto). I ricercatori prevedono che quasi tutti i composti chimici formeranno ossidi di idrogeno nell’atmosfera e stimano che la loro durata di vita varia da minuti a ore. Questo lo rende abbastanza stabile per interagire con molti altri veicoli aerei.

Presumibilmente assorbito in aerosol

Il team di ricerca ha anche il triossido di carbonio fortemente sospettato della sua capacità di penetrare le particelle fini nell’aria, note come aerosol, che sono pericolose per la salute e possono portare a malattie respiratorie e cardiovascolari.

È più probabile che entrino nell’aerosol, dove formeranno nuovi composti con nuovi effetti. È facile immaginare che negli aerosol si formino nuove sostanze nocive se inalate. “Sono necessarie ulteriori indagini per affrontare questi potenziali effetti sulla salute”, afferma Henrik Grum Kjærgaard.

Sebbene gli aerosol influiscano anche sul clima, sono tra i più difficili da descrivere nei modelli climatici. Secondo i ricercatori, esiste un’elevata possibilità che gli ossidi acquosi influenzino il numero di aerosol prodotti.

L’allestimento di laboratorio di un esperimento a flusso libero a getto al TROPOS di Lipsia, fornendo per la prima volta questa prova diretta che la formazione di idrossidi (ROOOH) avviene anche in condizioni atmosferiche dalla reazione dei radicali perossidici (RO2) con i radicali idrossilici (OH) . Credito: Tilo Arnhold, TROPOS

“Poiché la luce solare viene riflessa e assorbita dagli aerosol, ciò influisce sul bilancio termico della Terra, la proporzione di luce solare che la Terra assorbe e rimanda nello spazio. Quando gli aerosol assorbono sostanze, crescono e contribuiscono alla formazione di nubi, che influisce sul clima terrestre poiché bene. ”, afferma il coautore e PhD. Studente, Eva R. Kjærgaard.

L’effetto del composto necessita di ulteriori studi

I ricercatori sperano che la scoperta degli ossidi d’acqua ci aiuterà a saperne di più sull’effetto delle sostanze chimiche che emettiamo.

La maggior parte delle attività umane provoca il rilascio di sostanze chimiche nell’atmosfera. Quindi, conoscere le interazioni che determinano la chimica atmosferica è importante se vogliamo essere in grado di prevedere come le nostre azioni influenzeranno l’atmosfera in futuro”, afferma il coautore e post-dottorato Christian H. Muller.

Fino ad ora, si trattava solo di speculazioni sugli idrotriossidi (ROOOH), che questi composti organici con l’insolito gruppo OOOH sarebbero stati presenti. Negli esperimenti di laboratorio presso il TROPOS di Lipsia, è ora possibile dimostrare la sua formazione durante l’ossidazione di importanti idrocarburi, come l’isoprene e l’alfa-pinene. Credito: Tilo Arnhold, TROPOS

Tuttavia, né lui né Henrik Grom Kiergaard sono preoccupati per la nuova scoperta:

“Questi composti sono sempre esistiti – non ne sapevamo nulla. Ma il fatto che ora abbiamo prove che i composti si formano e vivono per un certo tempo significa che è possibile studiarne l’effetto in modo più mirato e rispondere se si trasformano essere pericoloso”, afferma Henrik Grum Kjærgaard.

“La scoperta suggerisce che ci possono essere molte altre cose nell’aria di cui non sappiamo ancora. In effetti, l’aria intorno a noi è un enorme groviglio di reazioni chimiche complesse. Come ricercatori, dobbiamo essere aperti- se vogliamo evolverci meglio, nel trovare soluzioni”, conclude Jing Chen.

Riferimento: “The Formation of Hydrotrioxide (ROOOH) in the Atmosphere” di Torsten Berndt, Jing Chen ed Eva R. Henrik G. Kjaergaard, 26 maggio 2022, disponibile qui. Scienze.
DOI: 10.1126 / science.abn6012

A proposito dello studio

• Mentre le teorie alla base dei nuovi risultati della ricerca sono state sviluppate a Copenaghen, sono stati condotti esperimenti utilizzando la spettrometria di massa, in parte presso il Leibniz Institute for Tropospher Research (TROPOS) in Germania e in parte presso il California Institute of Technology (Caltech) negli Stati Uniti.
• Sebbene in molti esperimenti debbano essere utilizzate concentrazioni più elevate, questi esperimenti vengono eseguiti in un ambiente quasi identico all’atmosfera, il che rende i risultati molto affidabili e paragonabili all’atmosfera. La misurazione degli idrossidi è resa possibile utilizzando strumenti di misura altamente sensibili.
• Lo studio è stato condotto da: Torsten Berndt, Andreas Tilgner, Erik H. Hoffmann e Hartmut Hermann del Leibniz Institute for Tropospher Research (TROPOS); Jing Chen ed Eva R. Kiergaard, Christian H. Muller e Henrik Grom Kiergaard nel Dipartimento di Chimica dell’Università di Copenaghen; e John D. Krons e Paul Weinberg al California Institute of Technology.