Erkenntnisse zur Entstehung von Luftverschmutzung
Wie entsteht Luftverschmutzung auf molekularer Ebene? Die Studie eines internationalen Forschungsteams beleuchtet die komplexen chemischen Prozesse, die an der Grenze zwischen Flüssigkeit, insbesondere wässrigen Lösungen, und Dampf in unserer Atmosphäre ablaufen.
Die Bestimmung an der Grenze zwischen einer Lösung und der umgebenden Gasphase ist eine Herausforderung.
Foto: PantherMedia / Kiyoshi Takahase Segundo
Die Untersuchung konzentrierte sich auf die Unterschiede komplexer Säure-Base-Gleichgewichte (also das Verhältnis zwischen basischen und sauren Komponenten) innerhalb des Volumens einer Lösung einerseits und an der Schnittstelle zwischen der Lösung und dem umgebenden Dampf andererseits.
Grenzschicht ist schmaler als ein menschliches Haar
Während es mit modernen Methoden einfach ist, Säure-Base-Gleichgewichte im Volumen einer Lösung zu messen, ist die Bestimmung dieser Gleichgewichte an der Grenze zwischen einer Lösung und der umgebenden Gasphase eine Herausforderung. Obwohl diese Grenzschicht etwa hunderttausend mal schmaler ist als ein menschliches Haar, spielt sie eine wichtige Rolle bei den Prozessen, die Luftverschmutzung und Klimawandel beeinflussen. Eine Untersuchung der Chemie der Lösung-Dampf-Grenze auf molekularer Ebene hilft daher, verbesserte Modelle von Aerosolen in der Atmosphäre und deren Einfluss auf das globale Klima zu entwickeln.
Wichtige Erkenntnisse der Studie
- Bestimmung komplexer Säure-Base-Gleichgewichte: Das Forscherteam nutzte komplementäre spektroskopische Methoden, um die komplexen Säure-Base-Gleichgewichte zu entschlüsseln, die entstehen, wenn das Schadstoff Schwefeldioxid (SO₂) in Wasser gelöst wird.
- Einzigartiges Verhalten an der Flüssig-Dampf-Grenze: Unter sauren Bedingungen ist das tautomere Gleichgewicht zwischen Bisulfit und Sulfonat stark zugunsten der Sulfonat-Spezies verschoben.
- Stabilisierung an der Grenzfläche: Molekulardynamische Simulationen zeigten, dass das Sulfonat-Ion und seine Säure (Sulfon-Säure) an der Grenzfläche aufgrund von Ionenpaarung und höheren Dehydratisierungsbarrieren stabilisiert werden. Dies erklärt, warum die tautomeren Gleichgewichte an der Grenzfläche verschoben sind.
Die Ergebnisse heben die unterschiedlichen Verhaltensweisen von Chemikalien an der Grenzfläche im Vergleich zur Volumenumgebung hervor. Dieser Unterschied beeinflusst, wie Schwefeldioxid absorbiert wird und mit anderen Schadstoffen wie Stickoxiden (NOx) und Wasserstoffperoxid (H₂O₂) in der Atmosphäre reagiert. Das Verständnis dieser Prozesse ist somit entscheidend für die Entwicklung von Strategien zur Reduzierung der Luftverschmutzung und ihrer schädlichen Auswirkungen auf Gesundheit und Umwelt.
