26. maj 2022

Ny type af ekstremt reaktive stoffer i atmosfæren

ATMOSFÆREN

En helt ny klasse af superreaktive kemiske forbindelser er for første gang opdaget under atmosfæriske forhold. Forskere fra Københavns Universitet har, i tæt samarbejde med internationale kolleger, påvist dannelsen af såkaldte trioxider - en ekstremt iltende forbindelse, som sandsynligvis har indvirkninger på både vores sundhed og klima.

Getty Images
En unik type af kemiske forbindelser er for første gang påvist under atmosfæriske forhold (foto: Getty Images).

Fra hverdagen kender vi til peroxider i form af f.eks. hydrogenperoxid også kaldet brintoverilte. Peroxider er kemiske forbindelser med to iltatomer bundet til hinanden, hvilket gør dem meget reaktive og ofte brandfarlige og eksplosive. Derfor bruges de til alt fra afblegning af tænder og hår til rensning af sår og endda til raketbrændstof. Peroxider findes også i den luft, der omgiver os.

Der har de senere år været spekulationer, om hvorvidt der også findes trioxider i atmosfæren – kemiske forbindelser med tre iltatomer bundet til hinanden, hvilket gør dem endnu mere reaktive end peroxiderne. Men indtil nu er det aldrig blevet entydigt påvist.

”Det har vi gjort nu,” siger Henrik Grum Kjærgaard, professor ved Kemisk Institut på Københavns Universitet og seniorforfatter til studiet, som netop er udgivet i det prestigefyldte tidsskrift Science.

Han fortsætter:

”Den type forbindelser, som vi her har opdaget, er i sin struktur helt unik. Og fordi de er så ekstremt oxiderende, vil de med al sandsynlighed føre en masse effekter med sig, som vi dog ikke kender endnu.”

Der er tale om en helt ny klasse af kemiske forbindelser ved navn hydrotrioxider (ROOOH), som kemikerne fra Københavns Universitet (KU) sammen med forskere fra Leibniz Institute for Tropospheric Research (TROPOS) og California Institute of Technology (Caltech) har påvist dannes i gasform under atmosfæriske forhold.

Forskerne har derudover vist, at hydrotrioxider dannes i den atmosfæriske nedbrydning af flere kendte og meget udledte stoffer, heriblandt isopren og dimethylsulfid.

Photo of research group
Fra venstre: Kristian H. Møller, Jing Chen, Henrik Grum Kjærgaard og Eva R. Kjærgaard (foto: Københavns Universitet)

”Det er ret stort, at vi nu kan vise via direkte observation, at forbindelserne rent faktisk dannes i atmosfæren, at de er overraskende stabile og at de dannes fra næsten alle kemiske forbindelser. Al spekulation burde nu være væk,” siger Jing Chen, ph.d.-studerende ved Kemisk Institut og andenforfatter på studiet.

Hydrotrioxiderne bliver dannet i en reaktion mellem to typer radikaler (se illustration nedenfor). Forskerne forventer, at næsten alle kemiske forbindelser vil danne hydrotrioxider i atmosfæren. De anslår dem til at have en levetid, der kan vare fra minutter til timer. Og det gør dem altså stabile nok til, at de kan nå at reagere med en masse andre forbindelser i luften. 

Illustration af kemisk reaktion

Når kemiske forbindelser oxideres i atmosfæren, reagerer de med ofte med OH-radikaler, hvorved der typisk dannes et nyt radikal. Når dette radikal reagerer med ilt, danner det et tredje radikal ved navn peroxid (ROO), hvilket så igen kan reagere med OH-radikalet og derved danne hydrotrioxider (ROOOH). 

Optages formentligt i aerosoler

Forskerholdet har også trioxiderne under stærk mistanke for bl.a. at kunne trænge ind i de bittesmå luftbårne partikler, aerosoler, som i mange tilfælde er skadelige for vores sundhed og bl.a. kan føre til luftvejs- og hjerte-kar-sygdomme.

”De vil højst sandsynligt gå ind i aerosoler, hvor de vil danne nye forbindelser med nye mulige effekter. Man kan let forestille sig, at der derved dannes stoffer i aerosolerne, som vil have skadelige sundhedseffekter, hvis man indånder dem. Men det bør undersøges nærmere, før man med sikkerhed kan sige noget om helbredsvirkningerne,” siger Henrik Grum Kjærgaard videre.

Aerosoler har også indvirkning på klimaet, men aerosoler er noget af det, som klimamodellerne har mindst styr på effekten af. Og ifølge forskerne er der stor sandsynlighed for, at hydrotrioxider har betydning for hvor mange aerosoler, der produceres.

”Da sollys både reflekteres og absorberes af aerosoler, vil dette påvirke Jordens varmebalance – altså forholdet mellem det sollys, som Jorden henholdsvis absorberer og sender tilbage til verdensrummet. Når aerosolerne optager stoffer, vokser de og medvirker til skydannelse, som også påvirker jordens klima,” siger medforfatter og ph.d. studerende, Eva R. Kjærgaard.

Stoffernes effekt skal undersøges nærmere

Forskerne håber, at opdagelsen af hydrotrioxider vil hjælpe til at gøre os klogere på effekten af den kemi, som vi går og udleder.  

”Meget af det, vi mennesker gør, udleder kemiske stoffer i atmosfæren. Så det at kende de reaktioner, der styrer kemien i atmosfæren, er vigtigt for at kunne forudsige, hvordan vores handlinger vil påvirke atmosfæren i fremtiden. Og så kan vi finde ud af, hvad det er for nogle forbindelser, vi måske skal undlade at udlede,” siger medforfatter og postdoc, Kristian H. Møller.

Hverken han eller Henrik Grum Kjærgaard er dog ligefrem bekymrede over den nye opdagelse:

”De her forbindelser var der jo også i går – da vidste vi det bare ikke. Men det, at vi nu har bevis for, at forbindelserne dannes og lever et vist stykke tid, gør, at man mere målrettet kan undersøge deres effekt og gøre noget ved det, hvis de viser sig at have en farlig virkning,” siger Henrik Grum Kjærgaard.

”Opdagelsen peger på, at der kan være masser af andre ting i luften, som vi endnu ikke kender til. Luften omkring os er et enormt virvar af komplekse kemiske reaktioner. Derfor skal vi som forskere bevare et åbent sind, hvis vi vil blive bedre til at hitte rede i det,” slutter Jing Chen.

 

 

Kontakt

Henrik Grum Kjærgaard
Professor
Kemisk Institut
Københavns Universitet
hgk@chem.ku.dk
+45 35 32 03 34 / +45 51 82 39 99

Maria Hornbek
Journalist
Det Natur- og Biovidenskabelige Fakultet
Københavns Universitet
maho@science.ku.dk  
+45 22 95 42 83

Læs også