Notícia

Amplificação de luz acelera reações químicas em aerossóis

Fonte

ETH Zurique | Instituto Federal de Tecnologia de Zurique

Data

terça-feira, 19 abril 2022 14:40

Áreas

Ciência Ambiental. Geociências. Modelagem Climática. Monitoramento Ambiental. Química.

Gotas líquidas e partículas muito finas podem prender a luz – semelhante à forma como a luz pode ser capturada entre dois espelhos. Como resultado, a intensidade da luz dentro delas é amplificada. Isso também acontece em gotículas de água muito finas e partículas sólidas em suspensão na atmosfera, os chamados aerossóis.

Usando microscopia de raios-X, químicos do Instituto Federal de Tecnologia de Zurique (ETH Zurique) e do Instituto Paul Scherrer (PSI), na Suíça, investigaram como a amplificação da luz afeta os processos fotoquímicos que ocorrem nos aerossóis. Eles foram capazes de demonstrar que a amplificação da luz faz com que esses processos químicos sejam duas a três vezes mais rápidos, em média, do que seriam sem esse efeito.

Usando a Swiss Light Source do PSI, os pesquisadores estudaram aerossóis que consistem em minúsculas partículas de Citrato de Ferro(III). A exposição à luz reduz este composto a Citrato de Ferro(II). A microscopia de raios X permitiu distinguir áreas dentro das partículas de aerossol compostas de Citrato de Ferro(III) daquelas compostas de Citrato de Ferro(II) com uma precisão de 25 nanômetros. Dessa forma, os cientistas puderam observar e mapear em alta resolução a sequência temporal dessa reação fotoquímica em partículas individuais de aerossol.

Incorporação em modelos climáticos

“Para nós, o Citrato de Ferro(III) foi um composto representativo e fácil de estudar com nosso método”, disse o Dr. Pablo Corral Arroyo, pós-doutorando do grupo liderado pela Dra. Ruth Signorell, professora do ETH Zurique e principal autora do estudo.

O Citrato de Ferro(III) representa toda uma gama de outros compostos químicos que podem ocorrer nos aerossóis da atmosfera. Muitos compostos orgânicos e inorgânicos são sensíveis à luz e, quando expostos à luz, podem se decompor em moléculas menores, que podem ser gasosas e, portanto, escapar. “As partículas de aerossol perdem massa dessa maneira, alterando suas propriedades”, explicou a professora Ruth Signorell. Entre outras coisas, elas espalham a luz do sol de maneira diferente, o que afeta os fenômenos climáticos. Além disso, suas características como núcleos de condensação na formação de nuvens mudam.

Os resultados da pesquisa também têm um efeito sobre a pesquisa climática: “Os atuais modelos de computador da química atmosférica global ainda não levam em conta esse efeito de amplificação de luz”, disse a Dra. Ruth Signorell. Os pesquisadores sugerem incorporar o efeito nos modelos climáticos, no futuro.

Tempos de reação não uniformes nas partículas

Agora precisamente mapeada e quantificada, a amplificação da luz nas partículas ocorre através de efeitos de ressonância. A intensidade da luz é maior no lado da partícula oposto ao que a luz está brilhando. “Neste hotspot, as reações fotoquímicas são até dez vezes mais rápidas do que seriam sem o efeito de ressonância”, disse o Dr. Pablo Corral Arroyo. Calculada a média de toda a partícula, isso dá uma aceleração pelo fator acima mencionado, de dois a três. As reações fotoquímicas na atmosfera geralmente duram várias horas ou até dias.

Usando os dados do experimento, os pesquisadores conseguiram criar um modelo de computador para estimar o efeito em uma série de outras reações fotoquímicas de aerossóis típicos na atmosfera. Eles descobriram que o efeito não se refere apenas às partículas de Citrato de Ferro(III), mas a todos os aerossóis – partículas ou gotículas – feitos de compostos que podem reagir com a luz. E essas reações também são duas a três vezes mais rápidas, em média.

Aerossóis globais: simulação GEOS-5 da NASA com resolução de 10 quilômetros. Poeira (vermelho) é levantada da superfície, sal marinho (azul) gira dentro de ciclones, fumaça (verde) sobe de incêndios e partículas de sulfato (brancas) fluem de vulcões e emissões de combustíveis fósseis. Fonte: William Putman, NASA/Goddard

Os resultados foram publicados na revista Science.

Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).

Acesse a notícia completa na página do Instituto Federal de Tecnologia de Zurique (em inglês).

Fonte: Fabio Bergamin, ETH Zurique. Imagem: William Putman, NASA/Goddard.