Invånare i vissa områden i utvecklingsländerna klarar för närvarande farliga nivåer av luftföroreningar. Senare forskning, leds av det amerikanska energidepartementets (DOE) Argonne National Laboratory, leder till en ny förståelse av en nyckelkemikalie som kan bryta ner några stora luftföroreningar.

Argonnes Stephen Klippenstein och hans medarbetare vid University of Pennsylvania undersökte Criegee-intermediären, en karbonyloxid som består av molekyler som kan bryta ner svaveldioxid och kvävedioxid. Forskare tror att dessa molekyler bidrar till hälsoproblem.

"Förvånansvärt nära överensstämmelse mellan vårt teoretiska arbete och experimentella data ger viktiga insikter om dynamiken i kemiska reaktioner, sa Klippenstein.

Enligt Klippenstein, denna forskning förbättrar modeller för atmosfärisk kemi. Teamets arbete validerar också en viktig teori för att förutsäga kemisk reaktivitet.

Arbetet gör det möjligt för forskare att förstå dissociationen - eller separeringen av en molekyl i atomer - av en prototypisk Criegee-mellanprodukt på ett nytt sätt. "Denna forskning visar vårt grepp om tunnling på ett molekylärt system som är av avgörande betydelse för förståelsen av atmosfärisk kemi, sade Klippenstein, en framstående stipendiat vid Argonnes avdelning för kemivetenskap och teknik som utförde de teoretiska beräkningarna.

Forskarna visade att kvantmekanisk tunnling avsevärt ökar produktionshastigheten av hydroxylradikaler i alkenozonolysreaktioner, som bryter flera bindningar under atmosfäriska förhållanden.

Hydroxylradikaler är viktiga på grund av deras roll i att bryta ner många föroreningar, även i stora koncentrationer, de bidrar också till bildandet av smog.

Forskargruppen, som inkluderar Marsha Lester och Amy Green från University of Pennsylvania, utnyttjade resultat från tidigare arbete. Det arbetet visade hur man kombinerar laserbaserade experiment med teori på hög nivå, ett argonne-kännetecken, skulle kunna tillåta forskarna att bättre förstå Criegees mellanliggande dissociation.

Teamet lyckades genom att använda deuteration, eller ersättning av väteatomer med deuteriumatomer, att studera hur hydroxyl produceras. De kemiska egenskaperna hos deuteriumatomer är identiska med de hos väteatomer, men eftersom de är dubbelt så stora i massa, de har en mycket lägre tunnelhastighet.

Forskarna använde syntetisk kemi för att producera deutererade molekyler, vilket gjorde att de kunde ersätta väteatomerna i olika former samtidigt som allt annat lämnades oförändrat.

Teamet beskrev resultaten i en nyligen publicerad artikel med titeln "Selektiv deuteration belyser vikten av tunnling i det unimolekylära sönderfallet av Criegee-intermediärer till hydroxylradikalprodukter."