W nowym badaniu zbadano równowagę kwasowo-zasadową na granicy faz ciecz-para, ujawniając, w jaki sposób dwutlenek siarki reaguje tam inaczej, wpływając na zanieczyszczenie powietrza i skład chemiczny atmosfery.
Międzynarodowe badanie bada różnice w złożonej równowadze kwasowo-zasadowej, w szczególności równowagę między składnikami kwasowymi i zasadowymi, zarówno w obrębie objętości roztworu, jak i na granicy faz pomiędzy roztworem a otaczającą parą.
Chociaż pomiar równowagi kwasowo-zasadowej w większości roztworu przy użyciu najnowocześniejszych metod jest prosty, określenie tej równowagi na granicy pomiędzy roztworem a otaczającą fazą gazową stanowi wyzwanie. Choć ta warstwa graniczna jest około sto tysięcy razy węższa od ludzkiego włosa, odgrywa bardzo ważną rolę w procesach wpływających na zanieczyszczenie powietrza i zmiany klimatyczne.
Badanie chemii granicy roztwór-para w skali molekularnej pomaga w opracowaniu ulepszonych modeli pozwalających zrozumieć losy aerozoli w atmosferze i ich wpływ na globalny klimat.
Kluczowe wnioski:
- Określono złożoną równowagę kwasowo-zasadową: Naukowcy zastosowali uzupełniające metody spektroskopowe, aby rozwikłać złożoną równowagę kwasowo-zasadową powstającą, gdy zanieczyszczający dwutlenek siarki (SO2) rozpuszcza się w wodzie.
- Unikalne zachowanie na granicy faz ciecz-para: w warunkach kwasowych równowaga tautomeryczna pomiędzy wodorosiarczynem i sulfonianem jest silnie przesunięta w stronę sulfonianu gatunek.
- Stabilizacja na granicy faz: Symulacje dynamiki molekularnej wykazały, że jon sulfonianowy i jego kwas (kwas sulfonowy) są stabilizowane na granicy faz odpowiednio dzięki parowaniu jonów i wyższym barierom odwodnienia. To wyjaśnia, dlaczego równowagi tautomeryczne są przesunięte na granicy faz.
Konsekwencje dla zanieczyszczenia powietrza:
Odkrycia podkreślają kontrastujące zachowanie substancji chemicznych na styku w porównaniu z masowym środowiskiem. Ta różnica znacząco wpływa na sposób absorpcji dwutlenku siarki i jego reakcję z innymi substancjami zanieczyszczającymi, takimi jak tlenki azotu (NOX) i nadtlenek wodoru (H2O2) w atmosferze.
Zrozumienie tych procesów ma kluczowe znaczenie dla opracowania strategii mających na celu zmniejszenie zanieczyszczenia powietrza i jego szkodliwego wpływu na zdrowie i środowisko.
Odniesienie: „Bezpośrednia obserwacja złożonych równowag S(IV) na granicy faz ciecz-para” autorstwa Tillmanna Buttersack, Ivana Gladicha, Shirin Gholami, Clemensa Richtera, Rémi Dupuy, Christophe Nicolas, Florian Trinter, Annette Trunschke, Daniel Delgado, Pablo Corral Arroyo, Evelyne A. Parmentier, Bernd Winter, Lucia Iezzi, Antoine Roose, Anthony Boucly, Luca Artiglia, Markus Ammann, Ruth Signorell i Hendrik Bluhm, 18 października 2024 r., Komunikacja przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41467-024-53186-5
