O calor, às vezes de alta pressão, ainda assim, as condições suaves por trás das ondas de choque refletidas são o ambiente ideal para estudar as complexidades químicas da combustão.

Aamir Farooq, do Centro de Pesquisa de Combustão Limpa da KAUST, e sua equipe, usaram um tubo de choque acoplado a diagnósticos a laser para estudar a rápida cascata de reações químicas acionadas quando o combustível queima. Esses dados podem ajudar no design do limpador, motores e combustíveis mais eficientes do que os disponíveis atualmente. Os conhecimentos obtidos também podem ser usados ​​para estudar as reações no ar que geram ou removem poluentes, ou mesmo para estudar as condições atmosféricas de planetas distantes.

"Tubos de choque são reatores químicos ideais, por causa das condições quase homogêneas de dimensão zero por trás das ondas de choque refletidas, "Farooq diz. A equipe lança lasers através do tubo de choque para monitorar a química em andamento." Os diagnósticos a laser nos permitem fazer medições in situ de espécies químicas sendo consumidas e formadas durante uma reação química, "Farooq acrescenta." Podemos rastrear radicais livres altamente reativos, que desempenham um papel fundamental na cinética de combustão. "

Dois artigos recentes ilustram a amplitude de informações que podem ser adquiridas. Farooq e sua equipe investigaram a química da combustão de cetonas cíclicas, que pode ser feito a partir de resíduos de plantas e tem excelente comportamento de combustão1. "As cetonas cíclicas derivadas de biomassa atraem interesse devido à sua boa propriedade antidetonante e sua eficácia na redução de emissões prejudiciais, "diz Dapeng Liu, um Ph.D. aluno da equipa de Farooq. As reações com radicais hidroxila são uma das reações mais importantes que iniciam a combustão de cetonas cíclicas, mas estes nunca haviam sido medidos experimentalmente antes em altas temperaturas.

"Comparado com nossas medidas, os pesquisadores superestimaram a reatividade da cetona cíclica e das reações de hidroxila em altas temperaturas, mas eles o subestimaram para as condições de temperatura ambiente, "diz Liu. Estes novos dados irão melhorar os modelos usados ​​para projetar combustíveis que incorporam cetonas cíclicas.

A equipe também estudou reações de hidroxila com diolefinas, moléculas comuns com duas ligações duplas carbono-carbono2. Essa interação é significativa para a combustão de combustível, mas também para a química atmosférica. "Isopreno, uma diolefina bem conhecida, é produzida por animais e plantas e pode ser encontrada em alta concentração em áreas florestais, "diz Fethi Khaled, que recentemente concluiu seu Ph.D. com Farooq.

"Nosso trabalho mostrou a rica química dos radicais hidroxila e diolefinas, "Khaled diz. A equipe revelou uma mudança clara nas vias de reação, onde os radicais hidroxila adicionam diolefinas em condições atmosféricas às vias onde os radicais hidroxila arrancam átomos de hidrogênio das diolefinas conforme as temperaturas aumentam até as condições de combustão.

Os resultados se somam ao crescente banco de dados de coeficientes de taxa de reação que a equipe forneceu, que é amplamente utilizado por modeladores cinéticos químicos e teóricos para validar seus cálculos, diz Farooq.

"No futuro, vamos nos concentrar nas reações radicais mais radicais, que são muito mais desafiadores de estudar, mas desempenham um papel crítico em muitos ambientes químicos, ", diz ele." Estamos projetando novos diagnósticos a laser para detectar uma ampla gama de moléculas para que possamos pintar um quadro completo de reações químicas complexas, "Farooq acrescenta." Finalmente, estamos estendendo nossas metodologias para estudar reações relevantes para a química atmosférica e planetas interestelares. "