Модельные эксперименты подтвердили образование гидротриоксидов в атмосфере

Химики из Дании экспериментально подтвердили возможность образования гидротриоксидов — взрывчатых органических окислителей — из пероксидных радикалов в атмосферных условиях. Оказалось, что в атмосфере может образовываться до 10 миллионов тонн гидротриоксидов каждый год. Влияние этих необычных соединений на атмосферные процессы еще предстоит изучить, пишут ученые в Science.

Гидротриоксиды — органические соединения, в которых есть три последовательно связанных друг с другом атома кислорода. Их редко применяют в лабораторной практике: они легко разлагаются со взрывом и проявляют сильные окислительные свойства. Но химикам известно, что гидротриоксиды могут получаться в результате радикальных реакций между пероксидными (ROO·) и гидроксильными (·OH) радикалами, которые постоянно образуются в атмосфере из кислорода, воды и газообразных углеводородов. При этом за счет своих окислительных свойств гидротриоксиды могут влиять на разные химические процессы в атмосфере, но химики до сих пор не подтвердили экспериментально возможность их образования в атмосферных условиях.

Химики под руководством Хенрика Кьергора (Henrik Kjaergaard) из Копенгагенского университета решили смоделировать образование гидротриоксидов в атмосферных условиях. Они смешали изопропилнитрит — из него под действием света получаются гидроксильные радикалы — с триметиламином при комнатной температуре и атмосферном давлении воздуха в проточном трубчатом реакторе. Ход реакции химики мониторили с помощью масс-спектрометрии.

После смешивания и начала облучения ученые сразу обнаружили пик гидротриоксида в масс-спектре реакционной смеси. Причем концентрация продукта линейно росла с увеличением произведения концентраций гидроксильных и пероксидных радикалов, что соответствовало предполагаемому механизму образования гидротриоксидов. Также химики обнаружили в реакционной смеси побочный продукт — димер N-оксида триметиламина, который образовался в реакции двух пероксидных радикалов между собой.

Чтобы показать, как гидротриоксиды могут образовываться в атмосфере, химики повторили опыты в трубчатом реакторе, но взяли вместо триметиламина изопрен — один из самых распространенных в атмосфере углеводородов. В этом случае химики наблюдали образование разных изомерных гидротриоксидов, концентрация которых увеличивалась так же, как и в опытах с триметиламином. Причем рассчитанные константы скорости реакций не превышали 10^-10 кубических сантиметров на молекулу в секунду. Такие значения указали ученым на то, что реакции образования гидротриоксидов протекают очень быстро и не требует преодоления большого энергетического барьера.

Далее химики попробовали рассчитать, сколько гидротриоксидов образуется в атмосфере каждый год из изопрена. Исходя из предыдущих опытов они рассчитали, какое время молекула гидротриоксида может просуществовать в атмосфере: оказалось, что эти соединения вступают в дальнейшие превращения или разлагаются всего за несколько часов. Тогда с помощью компьютерной симуляции ученые выяснили, что до 10 миллионов тонн гидротрикосидов может образовываться в атмосфере каждый год только из изопрена.

Так, химики смогли показать, как гидротриоксиды могут образовываться в атмосфере, и в каком количестве. По мнению авторов статьи, концентрация гидроктриоксидов в некоторых частях атмосферы может достигать 10⁷ молекул на кубический сантиметр, и их влияние на химические процессы в атмосфере необходимо изучить.

Предположительно, гидротриоксиды могут участвовать в химических реакциях внутри частиц аэрозолей, которые защищают Землю от избытка солнечного излучения. Недавно мы рассказывали о том, как именно аэрозоли могут образовываться в тропосфере.

Михаил Бойм