Les résidents de certaines régions du monde en développement sont actuellement confrontés à des niveaux dangereux de pollution atmosphérique. Recherche récente, co-dirigé par le Laboratoire national d'Argonne du Département de l'énergie des États-Unis (DOE), mène à une nouvelle compréhension d'un produit chimique clé capable de décomposer certains principaux polluants atmosphériques.

Stephen Klippenstein d'Argonne et ses collaborateurs de l'Université de Pennsylvanie ont examiné l'intermédiaire Criegee, un oxyde de carbonyle constitué de molécules capables de décomposer le dioxyde de soufre et le dioxyde d'azote. Les scientifiques pensent que ces molécules contribuent aux problèmes de santé.

"Un accord étonnamment étroit entre nos travaux théoriques et les données expérimentales fournit des informations importantes sur la dynamique des réactions chimiques, " dit Klippenstein.

Selon Klippenstein, cette recherche améliore les modèles de chimie atmosphérique. Les travaux de l'équipe valident également une théorie majeure pour prédire la réactivité chimique.

Le travail permet aux chercheurs de comprendre la dissociation - ou la séparation d'une molécule en atomes - d'un intermédiaire Criegee prototype d'une nouvelle manière. "Cette recherche démontre notre compréhension du tunneling sur un système moléculaire qui est d'une importance vitale pour la compréhension de la chimie atmosphérique, " dit Klippenstein, un membre distingué de la Division des sciences chimiques et de l'ingénierie d'Argonne qui a effectué les calculs théoriques.

Les chercheurs ont montré que le tunneling mécanique quantique améliore considérablement le taux de production de radicaux hydroxyles dans les réactions d'ozonolyse des alcènes, qui rompent des liaisons multiples dans des conditions atmosphériques.

Les radicaux hydroxyles sont importants en raison de leur rôle dans la décomposition de nombreux polluants, bien qu'en grandes concentrations, ils contribuent également à la formation de smog.

L'équipe de recherche, qui comprend Marsha Lester et Amy Green de l'Université de Pennsylvanie, tirer parti des résultats de travaux antérieurs. Ce travail a montré comment combiner des expériences basées sur le laser avec une théorie de haut niveau, un poinçon Argonne, pourrait permettre aux chercheurs de mieux comprendre la dissociation intermédiaire de Criegee.

L'équipe a réussi en utilisant la deutération, ou la substitution d'atomes de deutérium aux atomes d'hydrogène, pour étudier comment l'hydroxyle est produit. Les propriétés chimiques des atomes de deutérium sont identiques à celles des atomes d'hydrogène, mais parce qu'ils sont deux fois plus gros en masse, ils ont une vitesse de tunnel beaucoup plus lente.

Les chercheurs ont utilisé la chimie de synthèse pour produire des molécules deutérées, ce qui leur a permis de substituer les atomes d'hydrogène sous différentes formes tout en laissant tout le reste inchangé.

L'équipe a décrit les résultats dans un article récemment publié intitulé "La deutération sélective met en lumière l'importance de la tunnellisation dans la désintégration unimoléculaire des intermédiaires de Criegee en produits de radicaux hydroxyles".