I residenti in alcune aree del mondo in via di sviluppo stanno attualmente affrontando livelli pericolosi di inquinamento atmosferico. Ricerca recente, co-guidato dall'Argonne National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE), sta portando a una nuova comprensione di una sostanza chimica chiave in grado di abbattere alcuni dei principali inquinanti atmosferici.

Stephen Klippenstein di Argonne e i suoi collaboratori presso l'Università della Pennsylvania hanno esaminato l'intermedio di Criegee, un ossido di carbonile costituito da molecole in grado di scomporre l'anidride solforosa e il biossido di azoto. Gli scienziati ritengono che queste molecole contribuiscano a problemi di salute.

"L'accordo sorprendentemente stretto del nostro lavoro teorico e dei dati sperimentali sta fornendo importanti spunti sulla dinamica delle reazioni chimiche, " disse Klippenstein.

Secondo Klippenstein, questa ricerca migliora i modelli per la chimica atmosferica. Il lavoro del team convalida ulteriormente anche un'importante teoria per prevedere la reattività chimica.

Il lavoro consente ai ricercatori di comprendere la dissociazione, o la separazione di una molecola in atomi, di un prototipo di intermedio Criegee in un modo nuovo. "Questa ricerca dimostra la nostra comprensione del tunneling su un sistema molecolare che è di vitale importanza per la comprensione della chimica atmosferica, " disse Klippenstein, un illustre membro della divisione di scienze chimiche e ingegneria di Argonne che eseguì i calcoli teorici.

I ricercatori hanno dimostrato che il tunneling meccanico quantistico migliora notevolmente il tasso di produzione dei radicali idrossilici nelle reazioni di ozonolisi degli alcheni, che recide più legami in condizioni atmosferiche.

I radicali idrossilici sono importanti per il loro ruolo nella decomposizione di molti inquinanti, anche se in grandi concentrazioni, contribuiscono inoltre alla formazione dello smog.

Il gruppo di ricerca, che include Marsha Lester e Amy Green dell'Università della Pennsylvania, sfruttato i risultati di lavori precedenti. Quel lavoro ha mostrato come combinare esperimenti basati su laser con una teoria di alto livello, un segno distintivo delle Argonne, potrebbe consentire ai ricercatori di comprendere meglio la dissociazione intermedia di Criegee.

Il team è riuscito utilizzando la deuterazione, o la sostituzione di atomi di deuterio con atomi di idrogeno, per studiare come viene prodotto l'idrossile. Le proprietà chimiche degli atomi di deuterio sono identiche a quelle degli atomi di idrogeno, ma poiché sono due volte più grandi in massa, hanno una velocità di tunneling molto più lenta.

I ricercatori hanno utilizzato la chimica sintetica per produrre molecole deuterate, che ha permesso loro di sostituire gli atomi di idrogeno in forme diverse lasciando tutto il resto invariato.

Il team ha descritto i risultati in un articolo pubblicato di recente intitolato "La deuterazione selettiva illumina l'importanza del tunneling nel decadimento unimolecolare degli intermedi di Criegee nei prodotti radicali idrossilici".