Vai trò của ánh nắng trong việc tạo ra chất hóa học mới

Các nhà khoa học tại trường Đại học Sydney, Úc, đã khám phá ra cơ chế ánh nắng mặt trời có tác dụng sắp xếp lại nguyên tử của các phân tử để tạo thành chất hoá học mới.

Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên Tạp chí Nature Chemistry, số ra gần đây, bởi Giáo sư Scott Kable, Bác sĩ Meredith Jordan và các cộng tác viên tại trường Hoá học. Kết quả của nghiên cứu này không chỉ có ý nghĩa trong việc giúp xác định phạm vi mà các chất gây ô nhiễm có thể phát tán qua bề mặt của trái đất, mà còn giúp đưa ra hướng giải quyết làm thế nào để nhanh chóng loại bỏ các chất gây ô nhiễm này.

Các nhà khoa học đã làm sáng tỏ vai trò của ánh nắng mặt trời trong việc làm xáo trộn các nguyên tử để tạo ra các chất hóa học mới.

Cho đến nay, mô hình tương tác các chất hóa học trong khí quyển cho rằng: một phân tử được phát thải vào khí quyển vẫn cố định là phân tử cho đến khi nó hoặc trải qua quá trình quang phân (chia nhỏ) bởi ánh sáng mặt trời, hoặc bị tấn công bởi các phân tử khác.

Hiện nay, Giáo sư Kable và Tiến sĩ Jordan đã đảo ngược lý thuyết này bằng cách sử dụng một phân tử nhỏ gây ô nhiễm, vốn được sử dụng rất phổ biến, có tên gọi là acetaldehyde trong phòng thí nghiệm, dựa trên việc thay thế ánh nắng mặt trời bằng ánh sáng laser.

"Chúng tôi đã chọn biến thể đặc biệt của hợp chất acetaldehyde, 3 trong số 4 nguyên tử hydro được thay thế bằng "hydro nặng" (hay còn gọi là đơteri 1H hay 1D)," Giáo sư Kable giải thích.

"Trong khi không phải thay đổi bất kỳ các tính chất hóa học hoặc quang hóa với bất kỳ mức độ đáng kể, sự thay đổi hóa học tinh tế đã cho phép chúng ta theo dõi các phản ứng quang hóa với nhiều chi tiết hơn nữa."

Giáo sư Kable cho biết mô hình tương tác của các chất hóa học trong khí quyển thông thường dự đoán: chỉ cần hấp thụ ánh sáng, hợp chất acetaldehyde sẽ bị phá vỡ làm đôi.

"Thí nghiệm của chúng tôi cho thấy các nguyên tử trong phân tử đã xảy ra nhiều xáo trộn, cụ thể là các nguyên tử hydro và hydro nặng bị xáo trộn, trước khi acetaldehyde bị vỡ".

Acetaldehyde được biến đổi thành các chất hóa học khác nhau trong quá trình xáo trộn. Quan trọng nhất trong các chất hóa học mới này là rượu vinyl, có các tính chất quang hóa rất khác so với acetaldehyde và được loại khỏi không khí thông qua các quá trình khác nhau.

"Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy các hợp chất hóa học như acetaldehyde, khi được phát thải ra ngoài không khí, sẽ biến thành chất hóa học khác trước mặt trời có cơ hội tiêu diệt chúng," giáo sư Kable nói.

"Nếu các phân tử đang được biến đổi bởi ánh sáng mặt trời thì thành phần hoá học của bầu khí quyển thật sự phức tạp hơn rất nhiều so với những gì mà chúng ta đã được biết."

Mặc dù kết quả của nghiên cứu này đang làm thay đổi sự hiểu biết khoa học của mọi người về cách thức các chất ô nhiễm được phát tán qua không khí, Giáo sư Kable cẩn thận lưu ý: Sẽ không có sự thay đổi trong mô hình nóng lên toàn cầu. "Gần như tất cả nguyên tử cácbon có trong các hợp chất hiện diện trong không khí, sẽ biến đổi cuối cùng thành khí CO₂. Kết quả của nghiên cứu này sẽ không làm thay đổi mô hình phát thải khí CO₂ trong khí quyển," ông nói.

Bài báo "Gần-ngưỡng trao đổi H / D trong sự quang ly CD₃CHO," được đăng tải trên Tạp chí Nature Chemistry, số ra ngày 23 tháng 5 năm 2011, bởi Giáo sư Scott Kable, Bác sĩ Meredith Jordan.