L'amplificazione della luce accelera le reazioni chimiche negli aerosol

Le gocce e le particelle molto fini possono intrappolare la luce, come accade tra due specchi. L'intensità della luce viene quindi amplificata al loro interno. Questo accade anche nelle gocce d'acqua e nelle particelle solide più sottili della nostra atmosfera, gli aerosol. I chimici dell'ETH di Zurigo e dell'Istituto Paul Scherrer (PSI) di Villigen hanno ora utilizzato la moderna microscopia a raggi X per studiare come l'amplificazione della luce influisca sui processi fotochimici che hanno luogo negli aerosol. I ricercatori hanno così potuto dimostrare che L'amplificazione della luce fa sì che questi processi chimici avvengano in media da due a tre volte più velocemente di quanto avverrebbe senza l'effetto di amplificazione.

I ricercatori hanno studiato gli aerosol costituiti da minuscole particelle di ferro(III) citrato presso la Sorgente di luce di sincrotrone svizzera del PSI. Questo composto reagisce sotto l'influenza della luce per formare ferro(II) citrato. Utilizzando la microscopia a raggi X, è possibile distinguere le aree di ferro(III) citrato da quelle di ferro(II) citrato all'interno delle particelle di aerosol con una precisione di 25 nanometri. In questo modo, gli scienziati hanno potuto osservare e mappare la sequenza cronologica di questa reazione fotochimica in singole particelle di aerosol con un'alta risoluzione.

Decadimento sotto l'influenza della luce

"Il citrato di ferro(III) era un composto proxy per noi, facile da analizzare con il nostro metodo", dice Pablo Corral Arroyo. ? un postdoc nel gruppo della professoressa Ruth Signorell dell'ETH e primo autore dello studio. Il citrato di ferro (III) rappresenta un'ampia gamma di altri composti chimici che possono essere presenti negli aerosol dell'atmosfera. Molti composti organici e inorganici sono sensibili alla luce e possono decomporsi in molecole più piccole quando sono esposti alla luce, che possono essere gassose e quindi sfuggire. "Le particelle di aerosol perdono così massa e cambiano le loro proprietà", spiega Signorell. Tra le altre cose, esse diffondono la luce solare in modo diverso, influenzando i fenomeni meteorologici e climatici. Inoltre, cambiano le loro proprietà come nuclei di condensazione nella formazione delle nuvole.

I risultati hanno quindi un impatto anche sulla ricerca climatica. "Gli attuali modelli computerizzati della chimica atmosferica globale non tengono ancora conto di questo effetto di amplificazione della luce", afferma l'ETH professor Signorell. I ricercatori propongono di includere l'effetto in questi modelli in futuro.

Tempi di reazione non uniformi nelle particelle

L'amplificazione della luce nelle particelle, che ora è stata mappata e quantificata con precisione, è causata da effetti di risonanza. L'intensità della luce è massima sul lato della particella irradiato dalla luce. "In questo punto caldo, le reazioni fotochimiche avvengono fino a dieci volte più velocemente di quanto avverrebbe senza l'effetto di risonanza", spiega Corral Arroyo. Se si calcola la media sull'intera particella, si ottiene un'accelerazione del già citato fattore da due a tre. Le reazioni fotochimiche in atmosfera richiedono solitamente da ore a giorni.

Utilizzando i dati raccolti sperimentalmente, i ricercatori sono stati in grado di creare un modello computerizzato per stimare l'effetto su una serie di altre reazioni fotochimiche dei tipici aerosol in atmosfera. ? emerso che l'effetto ora quantificato non riguarda solo le particelle di ferro(III) citrato, ma tutti gli aerosol - particelle o goccioline - costituiti da composti in grado di reagire con la luce. Anche le altre reazioni avvengono in media due o tre volte più velocemente.