Органические соединения, поглощающие солнечный свет, образуются на влажных поверхностях атмосферных частиц

Гетерогенные реакции окисления могут происходить при смешении химических веществ, находящихся в двух разных агрегатных состояниях, например, жидкости и газа. В атмосфере к таким процессам относится реакция газообразных свободных радикалов нитрата (NO₃) с влажной поверхностью аэрозольных частиц, содержащих ароматические загрязнители от лесных пожаров.

В такой ситуации гетерогенная реакция превращает фенолы в поглощающие солнечный свет нитроароматические соединения. Этот процесс должен быть важен в ночное время, когда концентрация нитратного радикала достигает пика, а опасные загрязнители могут трансформироваться на поверхности взвешенных частиц механизмами, ранее не учитывавшимися атмосферными учеными.

Учитывая широкое распространение частиц в воздухе, этот ночной процесс должен быть довольно частым явлением в регионах, подверженных загрязнению от лесных пожаров или сжигания ископаемого топлива. Таким образом, фенольные молекулы могут играть активную роль в изменении поглощения солнечного света атмосферными частицами и их химической структуры, что, в свою очередь, влияет на качество воздуха и климат.

«В предыдущих учебных материалах, как правило, объяснялось, что нитроароматические соединения образуются в результате реакций нитрования в газовой фазе, но наша новая работа демонстрирует, что реакции на влажных поверхностях аэрозолей высокоэффективны для производства нитрофенолов», — заявил профессор Марсело Гусман из Департамента химии Университета Кентукки.

«Ранее не было научного рассмотрения реакций нитрования, происходящих на границе раздела вода-воздух, того, как такие процессы инициируются, или механизмов, с помощью которых нитратные радикалы могут способствовать таким реакциям».

Фенолы являются первичными загрязнителями, выбрасываемыми в воздух во время лесных пожаров или образующимися в атмосфере при утечке и окислении растворителей с нефтеперерабатывающих заводов и других отраслей промышленности. Исследование, опубликованное в журнале Environmental Science & Technology, сообщает, что фенолы благоприятно отдают электрон нитратным радикалам или временно присоединяются к молекуле.

Эти механизмы должны работать и для других атмосферных соединений, реагирующих с нитратными радикалами. Например, при распаде ароматических соединений под воздействием озона образуется молекула муконовой кислоты. Исследование также сравнило результаты реакций нитрования с реакциями, инициируемыми озоном на границе раздела вода-воздух.

Связанные исследования показали, что вновь образованные желтоватые молекулы поглощают больше солнечного света, увеличивая абсорбционные свойства атмосферных частиц. Основываясь на большем поглощении солнечного света продуктами реакции, для обозначения этого желтоватого материала часто используется термин коричневый углерод.

Профессор Гусман заключил: «Образование желтых органических нитратных продуктов увеличивает поглощение атмосферных аэрозолей, что, вероятно, влияет на радиационное воздействие частиц — фактор, который долгое время упускался из виду».