Come si formano gli aerosol

Gli aerosol sono goccioline o particelle solide finemente disperse in un gas. Le nuvole, ad esempio, sono goccioline d'acqua disperse nell'aria e sono quindi aerosol. La formazione di queste goccioline avviene in due fasi: In primo luogo, si forma il cosiddetto nucleo di condensazione. In una seconda fase, le molecole volatili si condensano su di esso e formano una goccia. I nuclei di condensazione sono spesso costituiti da molecole diverse da quelle che poi si condensano su di essi. Nel caso delle nuvole, i nuclei di condensazione contengono spesso acido solforico e sostanze organiche. Su questi nuclei si condensa il vapore acqueo dell'atmosfera.

Gli scienziati guidati da Ruth Signorell, professoressa presso il Dipartimento di Chimica e scienze biologiche applicate, hanno ora ottenuto nuove conoscenze sulla prima fase della formazione degli aerosol, il processo di nucleazione. "Le osservazioni hanno dimostrato che anche i componenti volatili possono influenzare il processo di nucleazione", spiega Signorell. "Tuttavia, non era chiaro come questo meccanismo potesse essere compreso a livello molecolare", perché non è stato possibile osservare sperimentalmente i componenti volatili durante la nucleazione. Anche in un famoso esperimento sulla formazione delle nubi al Cern, l'esperimento "Cloud", non è stato possibile rilevare direttamente alcuni componenti volatili.

Individuato per la prima volta un componente volatile

I ricercatori dell'ETH hanno sviluppato un esperimento per studiare i primi microsecondi del processo di nucleazione. Le particelle che si formano durante questo processo rimangono intatte nell'esperimento e possono essere rilevate con la spettrometria di massa. Nell'esperimento, gli scienziati hanno analizzato la nucleazione in vari tipi di CO₂-miscele di gas contenenti. Per la prima volta, sono stati in grado di rilevare anche il componente volatile. Nell'esperimento si trattava di CO₂. I ricercatori hanno così potuto dimostrare che la componente volatile è essenziale per la formazione dei nuclei di condensazione e accelera questo processo.

Come suggerisce l'analisi dei dati sperimentali, questa accelerazione è dovuta al fatto che i componenti volatili catalizzano la nucleazione dei componenti meno volatili. Lo fanno formando aggregati molecolari misti di breve durata, i cosiddetti complessi compagni. "Poiché la volatilità dei componenti del gas dipende dalla temperatura, anche quest'ultima gioca un ruolo importante in questi processi", spiega Signorell.

I risultati della nuova ricerca sono interessanti, tra l'altro, perché forniscono una migliore comprensione della nucleazione, dei suoi meccanismi molecolari e della sua velocità e possono essere modellizzati, ad esempio nella formazione delle nuvole nell'atmosfera terrestre. I risultati dovrebbero anche aiutare a rendere più efficiente la formazione tecnica degli aerosol. Un esempio è la cattura di CO₂-nella lavorazione del gas naturale attraverso un raffreddamento rapido.