Nova química acontece quando a poeira encontra a poluição

Representação de eventos de poluição onde se misturam poeira mineral e fumaça de queima de biomassa. Crédito:Hind Al-Abadleh

É uma nova química encontrada em uma gota de nuvem, um aerossol úmido ou na superfície de uma partícula de poeira. Tudo o que é preciso para começar são eventos naturais como tempestades de poeira, ação das ondas do mar, erupções vulcânicas e incêndios florestais, que aumentam a quantidade de aerossóis na atmosfera.
O efeito dos aerossóis no clima pode rivalizar com o aquecimento do CO₂ mas depende da composição química. Assim, medir o tamanho e a "cor" dos aerossóis e como eles mudam com o tempo ajuda os cientistas a avaliar seu efeito climático. Essas propriedades mudam porque os aerossóis fornecem superfícies para absorção de água e reações químicas. Além disso, os aerossóis influenciam a formação e a vida útil das nuvens e, dependendo da altura das nuvens, podem causar aquecimento ou resfriamento.

Devido às suas diversas fontes, os aerossóis atmosféricos são quimicamente complexos. Eles contêm sais, orgânicos e metais de transição. Este último se origina do pó mineral, e o ferro é o metal de transição mais onipresente nessas partículas.

Plumas de poeira mineral na atmosfera são misturadas com fumaça de queima de biomassa durante o transporte de longo alcance após eventos de poluição. Parte do carbono orgânico na fumaça da queima de biomassa é propenso à oxidação e complexação com o ferro. No entanto, a eficiência e a natureza dos produtos dessas reações que ocorrem sob condições simuladas de aerossóis e nuvens permanecem questões de pesquisa em aberto.

Em uma publicação recente em Communications Chemistry , uma colaboração internacional liderada por Hind Al-Abadleh da Universidade Wilfrid Laurier, Marcelo Guzman da Universidade de Kentucky e Akua Asa-Awuku da Universidade de Maryland se concentrou no estudo de reações amplamente inexploradas de ferro com aminofenóis. A pesquisa examinou cuidadosamente o papel dos aminofenóis na formação de carbono orgânico contendo nitrogênio colorido.

Aminofenóis são exemplos de carbono orgânico contendo nitrogênio, uma importante classe de carbono marrom cuja contribuição para as forças climáticas e interações aerossol-nuvem continua sendo uma grande fonte de incerteza em modelos climáticos devido à sua complexidade química e fontes variáveis. Essas aminas aromáticas foram detectadas na fase gasosa e em partículas ultrafinas provenientes de emissões industriais e da redução de nitrobenzenos e nitrofenóis da queima de biomassa.

A atividade dos núcleos de condensação de nuvens de oligômeros da reação de orto-aminofenol (oAP)+Fe(III) (círculos vermelhos), reação de para-aminofenol (pAP)+Fe(III) (quadrados azuis) e levoglucosano (triângulos verdes). a O crescimento do diâmetro úmido versus o diâmetro seco inicial das partículas expostas a um ambiente subsaturado (85% UR) da medição de H-TDMA. O Gf médio para cada material também é relatado. As linhas tracejadas cinzas mostram os valores teóricos de κ-Köhler. b O diâmetro crítico médio versus supersaturação da medição CCNC (símbolos fechados). As linhas tracejadas cinzas mostram os valores teóricos de κ-Köhler. Uma diminuição no tamanho do diâmetro crítico em uma supersaturação constante indica um aumento no CCN e na atividade das gotículas. c Resumo do parâmetro de higroscopicidade da teoria de Köhler, κ, adquirido a partir de medições CCNC (símbolos fechados) e H-TDMA (símbolos abertos). Cada ponto representa uma média de 10 pontos. As barras de erro mostram o desvio padrão. Crédito:Química da Comunicação (2022). DOI:10.1038/s42004-022-00732-1

Os novos resultados nesta publicação mostram a formação notavelmente eficiente de produtos do tipo fuligem e solúveis em água de marrom escuro a preto sob condições atmosféricas relevantes.

Esses produtos são oligômeros contendo 2-4 anéis de benzeno com substituintes de nitrogênio e hidroxila da oxidação catalisada por ferro abiótico dos aminofenóis. As reações foram exploradas em sistemas homogêneos (isto é, fase aquosa) e heterogêneos (isto é, interface líquido/sólido) usando pó de teste Arizona. Verificou-se que a higroscopicidade dos produtos da reação é maior do que a do levoglucosano, um proxy proeminente para aerossol orgânico de queima de biomassa. O escurecimento progressivo do pó de teste do Arizona com o tempo de reação também foi relatado, com mudanças claras nas propriedades ópticas, morfologia, estado de mistura e composição química.

A química catalisada por metal é um ramo mal compreendido das ciências atmosféricas, apesar da presença generalizada de ferro e outros metais de transição em partículas, em gotículas de nuvens e neblina e em superfícies naturais e projetadas expostas ao ar. O estudo destaca caminhos negligenciados que levam às transformações de aminas aromáticas atmosféricas em sistemas de poeira contendo ferro.

Essas transformações afetam as eficiências de nucleação da condensação de nuvens de partículas de aerossóis multicomponentes e alteram as propriedades físico-químicas dos aerossóis. Essas vias potencialmente importantes não são consideradas atualmente nos modelos climáticos e de química atmosférica e, portanto, nossos resultados ajudarão a preencher a lacuna em nossa compreensão da química do ferro em aerossóis com vários graus de processamento atmosférico. + Explorar mais