Molekylær dans, der kunne eliminere sodforurening

En skjult, nyopdaget molekylær dans kunne rumme svaret på problemet med sodforurening.

Sodforurening forårsager kræft og blodpropper, samt svækkelse af immunforsvaret over for luftvejsvira. Atmosfæren og gletsjerne er også dækket af sod, fører til global opvarmning og øget istab. Overraskende nok, måden sodpartikler dannes på er stadig ukendt, men giver anledning til presserende bekymring

Årsagen til dette langvarige mysterium skyldes det ekstreme miljø, hvor der dannes sod, reaktionernes hurtige hastighed og den komplekse samling af molekyler, der er til stede i flammen. Alle disse skjuler vejen til soddannelse.

Et internationalt hold fra Storbritannien, Singapore, Schweiz og Italien har nu brugt to mikroskoper til at afsløre de molekyler og reaktioner, der finder sted i en flamme. Det første mikroskop fungerer ved berøring, følelse for arrangementet af atomer i sodmolekylerne. Disse taktile kort giver det første billede af sodens molekylære kyllingetrådsform. Kvantekemi blev derefter brugt til at vise, at et af molekylerne var en reaktiv diradikal. En diradikal er en type molekyle med to reaktive steder, tillader det at gennemgå en række kædereaktioner.

Det andet mikroskop er fuldstændig virtuelt og viser reaktionen mellem diradikalerne. Kvantemekanikken guidede en supercomputer til virtuelt og realistisk at kollidere molekylerne sammen og afsløre den molekylære dans i slowmotion.

Denne simulering viste, at de enkelte molekyler holdes sammen af ​​intermolekylære kræfter, efter at de kolliderer. Dette giver de reaktive steder tid til at finde hinanden og skabe en permanent kemisk binding. Selv efter at de er bundet, forbliver de reaktive, lader flere molekyler "klistre" til det, der nu er en hastigt voksende sodpartikel.

Denne opdagelse kunne løse problemerne med tidligere forsøg på at forklare soddannelse via enten en fysisk kondensation eller kemisk reaktion. Faktisk, begge er nødvendige for at forklare de hurtige og høje temperaturreaktioner tilstrækkeligt.

En af avisens hovedforfattere, Jacob Martin, sagde, "Hvis koncentrationen af ​​disse arter er høj nok i flammer, denne vej kunne give en forklaring på den hurtige dannelse af sod."

Medforfatter Markus Kraft, fra University of Cambridge's Department of Chemical Engineering and Biotechnology, sagde, "Projektet samlede banebrydende beregningsmodeller og eksperimenter for at afsløre en helt ny reaktionsvej, som potentielt forklarer, hvordan sod dannes. Forskere og ingeniører har arbejdet på at løse dette vigtige problem i årtier."

Forskerne håber at målrette mod disse reaktive steder for at se, om soddannelsesprocessen kan stoppes. En lovende mulighed er indsprøjtning af ozon i en flamme, som allerede har vist sig effektivt at fjerne sod i nogle foreløbige resultater i andet arbejde.

"Diradikale aromatiske sodprækursorer i flammer" er udgivet i Journal of the American Chemical Society .