Un equipo de investigación conjunto dirigido por el Dr. Jingkun Jiang de la Universidad de Tsinghua y el Dr. Markku Kulmala de la Universidad de Helsinki ha informado sobre un mecanismo eficiente para que el ácido sulfúrico gaseoso y las bases formen partículas ultrafinas atmosféricas. Los hallazgos explican la rápida formación de partículas ultrafinas secundarias, que podrían influir aún más en la calidad del aire y el clima.

El equipo descubrió que las reacciones ácido-base son las principales fuerzas impulsoras para que los precursores gaseosos superen la tensión superficial y formen partículas ultrafinas, y el mecanismo clave es la formación de heterodímeros ácido-base ocultos. Este mecanismo oculto explica la alta tasa de formación de partículas en las megaciudades chinas.

Sus hallazgos fueron publicados en National Science Review .

"Hay cientos de miles de partículas ultrafinas por centímetro cúbico de aire en las megalópolis chinas, y un nuevo evento de formación de partículas en un mediodía soleado puede elevar fácilmente su concentración en un orden de magnitud en varias horas", dice Jiang.

Para explicar cómo se pueden convertir tan eficientemente nuevas partículas a partir de precursores gaseosos, Jiang y Kulmala, junto con el Dr. Runlong Cai, están decididos a buscar el mecanismo clave para la rápida formación de nuevas partículas. Sabían que el ácido sulfúrico es un precursor primario, mientras que el desafío es encontrar las bases clave entre muchos candidatos. "El aire urbano es un cóctel complejo de sustancias químicas con interacciones y retroalimentaciones poco comprendidas", comentó Kulmala.

Los investigadores observaron grupos moleculares muy abundantes que contenían ácido sulfúrico durante la formación de nuevas partículas en Beijing y Shanghái. Algunos de los grupos medidos contienen ácido sulfúrico y moléculas de amina. Estos proporcionan una fuerte evidencia de la participación de las aminas en la formación de grupos estables de ácido sulfúrico, lo que aumenta la tasa de conversión de ácido sulfúrico gaseoso a nuevas partículas.

"Es intrigante que midiéramos menos bases que ácidos en un grupo. Debe haber alguna información clave escondida detrás de las señales medidas", dice Cai. Anteriormente se propuso que la agrupación entre una molécula base y un homodímero de ácido sulfúrico es el mecanismo clave para la formación de nuevas partículas, ya que no había moléculas base en los grupos medidos que contenían una molécula de ácido sulfúrico. Sin embargo, el equipo de investigación descubrió que se trataba de un artefacto de medición.

Combinando mediciones a largo plazo y teorías basadas en la química cuántica y la cinética de grupos, descubrieron que la formación de heterodímeros ácido-base ocultos es el mecanismo clave. Este mecanismo es mucho más eficiente que el mecanismo propuesto anteriormente con homodímeros ácido-ácido, lo que garantiza la rápida formación de grupos de ácido sulfúrico y nuevas partículas.

Los heterodímeros ocultos resuelven el enigma de por qué se pueden formar con frecuencia nuevas partículas contra una alta carga de partículas de fondo en las megaciudades. Los heterodímeros ácido-base ocultos con una fracción considerable en las señales de ácido sulfúrico medidas pueden agruparse de manera efectiva entre sí. Esto asegura una alta tasa de formación de partículas que se aproxima al máximo teórico incluso a una baja concentración de amina ambiental. Los heterodímeros ocultos también explican la dependencia de la temperatura de la formación de nuevas partículas en Beijing y Shanghai. "Las mediciones atmosféricas a menudo se ven perturbadas por muchos factores. No esperaba una coherencia tan asombrosa entre las mediciones y la nueva teoría", dice Cai.

El equipo también buscó las moléculas base ocultas mediante análisis termodinámicos y cinéticos. Entre las moléculas gaseosas medidas, las aminas fuertes como la dimetilamina sirven como bases clave en los heterodímeros ácido-base, mientras que es más probable que el amoníaco, que es muy abundante, y otras bases débiles participen en el proceso de crecimiento de grupos subsiguiente. + Explora más

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