Los residentes de algunas zonas del mundo en desarrollo se enfrentan actualmente a niveles peligrosos de contaminación del aire. Investigación reciente, codirigido por el Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), está conduciendo a una nueva comprensión de una sustancia química clave capaz de descomponer algunos de los principales contaminantes del aire.

Stephen Klippenstein de Argonne y sus colaboradores en la Universidad de Pensilvania examinaron el intermedio Criegee, un óxido de carbonilo que consta de moléculas capaces de descomponer el dióxido de azufre y el dióxido de nitrógeno. Los científicos creen que estas moléculas contribuyen a los problemas de salud.

"La concordancia asombrosamente cercana de nuestro trabajo teórico y los datos experimentales está proporcionando información importante sobre la dinámica de las reacciones químicas, "dijo Klippenstein.

Según Klippenstein, esta investigación mejora los modelos de química atmosférica. El trabajo del equipo también valida aún más una teoría importante para predecir la reactividad química.

El trabajo permite a los investigadores comprender la disociación, o la separación de una molécula en átomos, de un intermedio de Criegee prototípico de una manera nueva. "Esta investigación demuestra nuestra comprensión de la construcción de túneles en un sistema molecular que es de vital importancia para la comprensión de la química atmosférica, "dijo Klippenstein, un distinguido miembro de la División de Ingeniería y Ciencias Químicas de Argonne que realizó los cálculos teóricos.

Los investigadores demostraron que el efecto túnel de la mecánica cuántica mejora en gran medida la tasa de producción de radicales hidroxilo en las reacciones de ozonólisis de alquenos. que rompen múltiples enlaces en condiciones atmosféricas.

Los radicales hidroxilo son importantes debido a su papel en la descomposición de muchos contaminantes, aunque en grandes concentraciones, también contribuyen a la formación de smog.

El equipo de investigación que incluye a Marsha Lester y Amy Green de la Universidad de Pennsylvania, resultados apalancados de trabajos anteriores. Ese trabajo mostró cómo la combinación de experimentos basados ​​en láser con teoría de alto nivel, un sello distintivo de Argonne, podría permitir a los investigadores comprender mejor la disociación intermedia de Criegee.

El equipo tuvo éxito usando deuteration, o la sustitución de átomos de deuterio por átomos de hidrógeno, para estudiar cómo se produce el hidroxilo. Las propiedades químicas de los átomos de deuterio son idénticas a las de los átomos de hidrógeno, pero debido a que son dos veces más grandes en masa, tienen una velocidad de tunelización mucho más lenta.

Los investigadores utilizaron la química sintética para producir moléculas deuteradas, lo que les permitió sustituir los átomos de hidrógeno en diferentes formas dejando todo lo demás sin cambios.

El equipo describió los resultados en un artículo publicado recientemente titulado "La deuteración selectiva ilumina la importancia de la formación de túneles en la desintegración unimolecular de los intermedios de Criegee a productos de radicales hidroxilo".