Неравновесные квантовые состояния в атмосферной химии

В журнале Science появился материал учёных из Бристольского университета (Великобритания), приоткрывающий завесу тайны над теми микроскопическими химико-физическими процессами, которые обусловливают протекание наиболее важных реакций в атмосфере.

Небесные чудеса над Небраской (фото extremeinstability).

Земная атмосфера — это огромный химический реактор, где солнечный свет (а не тепло) даёт начало цепным химическим реакциям, контролирующим судьбы парниковых газов и других загрязнителей. Самыми важными атмосферными процессами считаются реакции присоединения, в которых молекула А соединяется с молекулой В.

То, что молекулы могут существовать как в низкоэнергетичном (основном), так и в высокоэнергетичном (возбуждённом) квантовом состоянии, не секрет для учёных. Такие состояния ещё называются соответственно «равновесными» и «неравновесными». Обычно полагают, что в случае реакций присоединения, протекающих в атмосфере, молекулы А и В должны находиться в равновесных квантовых состояниях.

Земная атмосфера на 20% состоит из кислорода O₂. Это значит, что он может принимать деятельное участие в большинстве атмосферных реакций и реакционных последовательностей. В противовес устоявшемуся предположению о равновесном состоянии реагирующих молекул А и В в реакциях присоединения бристольские исследователи показали, что в случае реакции присоединения вида O₂ + В существует высокая вероятность, что кислород будет «перехватывать» молекулу В до того, как она перейдёт из неравновесного квантового состояния в равновесное.

Используя расчётные и экспериментальные данные, авторы работы выявили, что именно этот сценарий реализуется во время деградации ацетилена, одного из загрязнителей воздуха, который играет важную роль в образовании атмосферных аэрозолей. Более того, удалось продемонстрировать, что продукты химической реакции, образующиеся в результате перехвата молекул в неравновесных квантовых состояниях, отличаются от продуктов реакции, когда обе молекулы находятся в состоянии квантового равновесия.

На основании очень детализированных математических моделей учёные делают вывод: перехват кислородом молекул, находящихся в неравновесном квантовом состоянии, по всей видимости, является важнейшим механизмом для широкого круга химических реакций, протекающих в земной атмосфере. Причём продукты таких реакций могут быть весьма неожиданными.

Подготовлено по материалам Бристольского университета.