p Pesquisadores da Universidade da Pensilvânia e do Laboratório Nacional de Argonne fizeram a observação mais direta de um intermediário-chave formado durante a quebra de hidrocarbonetos na combustão e na atmosfera. Publicado em Ciência, esta evidência de um radical centrado no carbono poderia ajudar no projeto futuro de combustíveis que queimam com mais eficiência. p Compostos orgânicos voláteis (VOCs), que são feitos de átomos de carbono e hidrogênio e existem como gases à temperatura ambiente, incluem combustíveis de uso diário, como butano e gasolina, bem como emissões naturais de plantas e árvores. Quando os VOCs são liberados na atmosfera, eles se decompõem por meio de um processo químico conhecido como oxidação.

p A reação de oxidação é consistente em muitos VOCs, mas os intermediários químicos específicos formados durante uma reação prototípica não haviam sido diretamente observados antes. Um desses intermediários foi considerado um impulsionador crucial no resultado da reação:a formação de um radical centrado no carbono chamado QOOH. Aqui, o "Q" indica qualquer grupo químico que tenha um átomo de carbono com um elétron não pareado altamente reativo, e "OOH" indica um grupo hidroperóxido.

p Embora os pesquisadores tenham levantado a hipótese deste intermediário QOOH por muitos anos, disse Marsha I. Lester, autor correspondente e professor de química da Penn, tem sido difícil de observar porque tem vida curta e se degrada rapidamente.

p "Este intermediário é um 'pátio de manobra' controlando várias etapas subsequentes que podem acontecer, e essas etapas são realmente importantes para a propagação desta química, "diz Lester." Mas intermediários QOOH prototípicos não foram observados diretamente, portanto, faltavam peças essenciais sobre como ocorre essa rede de reações químicas. "

p Agora, experimentalistas no laboratório de Lester e teóricos do laboratório de Stephen J. Klippenstein em Argonne publicaram a observação mais direta de QOOH até o momento. Usando novos lasers de espectroscopia de infravermelho para coletar a impressão digital de QOOH, "equipamento de resfriamento avançado para estudar a reação sem condensação, e uma estratégia de síntese inovadora, A pós-doc Anne Hansen da Penn e a estudante de graduação Trisha Bhagde identificaram QOOH, rastreou sua degradação, e observou quais produtos químicos se formaram durante a oxidação.

p Eles haviam obtido seus primeiros sinais pouco antes do início das paralisações da pandemia. Trabalhando durante o outono, os pesquisadores da Penn perceberam que precisavam de técnicas de modelagem mais avançadas para explicar seus resultados. Para fazer isso, eles colaboraram com os pesquisadores de Argonne para conduzir os cálculos sofisticados necessários para entender o que estavam vendo. Os pesquisadores da Penn também foram capazes de validar essas novas previsões no laboratório.

p "Fazíamos previsões com base na molécula QOOH hipotética por muitos anos, mas não tínhamos ideia de como eram boas, "diz Klippenstein." Os resultados experimentais mostraram que eles tinham algumas falhas que poderíamos corrigir. "A equipe modificou seu modelo teórico para que a previsão e os resultados experimentais agora concordem com grande precisão.

p Um resultado inesperado da pesquisa envolveu a descoberta do papel do tunelamento da mecânica quântica na condução dessa reação química. "Se você está dirigindo e vê uma montanha, por exemplo, você pode criar um túnel em vez de subir a montanha, "Lester diz." Normalmente, prevemos tunelamento para partículas de luz, como um elétron, um próton, ou um átomo de hidrogênio, mas neste sistema eram átomos pesados, como átomos de oxigênio, que estão construindo um túnel. Isso é quase inédito. "

p Esses resultados fornecem insights importantes para a compreensão da química em torno da oxidação de COV de forma mais completa. O grupo Lester continuará seu trabalho analisando a impressão digital do QOOH para ajudar a determinar sua presença em amostras ambientais. A equipe também está conduzindo experimentos para ver como o intermediário muda com diferentes substitutos químicos no radical centrado no carbono.

p Lester diz que essas descobertas têm implicações nas ciências básicas e aplicadas. A compreensão completa desta química pode permitir que futuros pesquisadores projetem combustíveis melhores que queimam com mais eficiência, uma proposição "radical" à medida que pesquisadores em vários campos tentam abordar a crise climática em curso.