Uma equipe de pesquisa conjunta liderada pelo Dr. Jingkun Jiang da Universidade de Tsinghua e Dr. Markku Kulmala da Universidade de Helsinque relatou um mecanismo eficiente para ácido sulfúrico gasoso e bases para formar partículas ultrafinas atmosféricas. As descobertas explicam a rápida formação de partículas ultrafinas secundárias, que podem influenciar ainda mais a qualidade do ar e o clima.
A equipe descobriu que as reações ácido-base são as principais forças motrizes para os precursores gasosos superarem a tensão superficial e formar partículas ultrafinas, e o mecanismo-chave é a formação de heterodímeros ácido-base ocultos. Esse mecanismo oculto explica a alta taxa de formação de partículas nas megacidades chinesas.

Suas descobertas foram publicadas na National Science Review .

“Existem centenas de milhares de partículas ultrafinas por centímetro cúbico de ar nas megacidades chinesas, e um novo evento de formação de partículas em um meio-dia ensolarado pode facilmente elevar sua concentração em uma ordem de magnitude em várias horas”, diz Jiang.

Para explicar como novas partículas podem ser tão eficientemente convertidas de precursores gasosos, Jiang e Kulmala, juntamente com o Dr. Runlong Cai, estão determinados a buscar o mecanismo chave para a rápida formação de novas partículas. Eles sabiam que o ácido sulfúrico é um precursor primário, enquanto o desafio é encontrar as bases-chave entre muitos candidatos. "O ar urbano é um coquetel complexo de produtos químicos com interações e feedbacks mal compreendidos", comentou Kulmala.

Os pesquisadores observaram aglomerados moleculares altamente abundantes contendo ácido sulfúrico durante a formação de novas partículas em Pequim e Xangai. Alguns dos aglomerados medidos contêm ácido sulfúrico e moléculas de amina. Estes fornecem fortes evidências da participação de aminas na formação de aglomerados estáveis ​​de ácido sulfúrico, o que aumenta a taxa de conversão de ácido sulfúrico gasoso em novas partículas.

"É intrigante que medimos menos bases do que ácidos em um cluster. Deve haver alguma informação chave escondida por trás dos sinais medidos", diz Cai. Foi proposto anteriormente que o agrupamento entre uma molécula de base e um homodímero de ácido sulfúrico é o mecanismo chave para a formação de novas partículas, pois não havia moléculas de base nos agrupamentos medidos contendo uma molécula de ácido sulfúrico. A equipe de pesquisa, no entanto, descobriu que este era um artefato de medição.

Combinando medições de longo prazo e teoria baseada em química quântica e cinética de cluster, eles descobriram que a formação de heterodímeros ácido-base ocultos é o mecanismo chave. Este mecanismo é muito mais eficiente do que o mecanismo proposto anteriormente com homodímeros ácido-ácido, garantindo a rápida formação de aglomerados de ácido sulfúrico e novas partículas.

Os heterodímeros ocultos resolvem o enigma de por que novas partículas podem ser formadas com frequência contra uma alta carga de partículas de fundo em megacidades. Os heterodímeros ácido-base ocultos com uma fração considerável nos sinais de ácido sulfúrico medidos podem efetivamente se agrupar. Isso garante uma alta taxa de formação de partículas que se aproxima do máximo teórico, mesmo em uma baixa concentração de amina no ambiente. Os heterodímeros ocultos também explicam a dependência da temperatura da formação de novas partículas em Pequim e Xangai. "As medições atmosféricas são frequentemente perturbadas por muitos fatores. Eu não esperava uma consistência tão surpreendente entre as medições e a nova teoria", diz Cai.

A equipe também procurou as moléculas de base ocultas usando análises termodinâmicas e cinéticas. Entre as moléculas gasosas medidas, aminas fortes, como a dimetilamina, servem como bases-chave em heterodímeros ácido-base, enquanto a amônia altamente abundante e outras bases fracas são mais prováveis ​​de estarem envolvidas no processo de crescimento do aglomerado subsequente. + Explorar mais

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