Nouveau type de substance extrêmement réactive découverte dans l’atmosphère

L'atmosphère de la planète Terre

Une toute nouvelle classe de composés chimiques super-réactifs, les trioxydes, a été découverte dans des conditions atmosphériques.

Pour la première fois, une toute nouvelle classe de composés chimiques super-réactifs a été découverte dans des conditions atmosphériques. Des scientifiques de l’Université de Copenhague, en étroite collaboration avec des collègues internationaux, ont documenté la formation de soi-disant trioxydes – un composé chimique extrêmement oxydant qui affecte probablement à la fois la santé humaine et notre climat mondial.

Le peroxyde d’hydrogène est un composé chimique communément connu. Parce que tous les peroxydes ont deux atomes d’oxygène attachés l’un à l’autre, ils sont très réactifs et souvent combustibles et explosifs. Ils sont utilisés pour tout, du blanchiment des dents et des cheveux au nettoyage des plaies et même comme carburant de fusée. Cependant, les peroxydes se trouvent également dans l’air qui nous entoure.

Il y a eu des spéculations ces dernières années sur la question de savoir si des trioxydes – des composés chimiques avec trois atomes d’oxygène liés les uns aux autres, et donc encore plus réactifs que les peroxydes – se trouvent également dans l’atmosphère. Mais jusqu’à présent, cela n’avait jamais été prouvé sans équivoque.

“C’est ce que nous avons maintenant accompli”, déclare le professeur Henrik Grum Kjærgaard, du département de chimie de l’Université de Copenhague. Kjærgaard est l’auteur principal de l’étude, publiée le 26 mai 2022, dans la prestigieuse revue, La science.

Henrik Grum Kjaergaard

Le professeur Henrik Grum Kjærgaard dans le laboratoire. Crédit : Université de Copenhague

Je continue:

« Les types de composés que nous avons découverts sont uniques dans leur structure. Et, parce qu’ils sont extrêmement oxydants, ils apportent très probablement une foule d’effets que nous n’avons pas encore découverts.

Les hydrotrioxydes (ROOOH), comme on les appelle, sont une toute nouvelle classe de composés chimiques. Des chercheurs de l’Université de Copenhague (UCPH), ainsi que des collègues du Leibniz Institute for Tropospheric Research (TROPOS) et du California Institute of Technology (Caltech), ont démontré que ces composés se forment dans des conditions atmosphériques.

Substance extrêmement réactive dans l'atmosphère

Réaction : ROO + OH → ROOOH (atomes d’oxygène en rouge). Lorsque des composés chimiques sont oxydés dans l’atmosphère, ils réagissent souvent avec les radicaux OH, formant généralement un nouveau radical. Lorsque ce radical réagit avec l’oxygène, il forme un troisième radical appelé peroxyde (ROO), qui à son tour peut réagir avec le radical OH, formant ainsi des hydrotrioxydes (ROOOH). Crédit : Université de Copenhague

Les chercheurs ont également montré que des hydrotrioxydes se forment lors de la décomposition atmosphérique de plusieurs substances connues et largement émises, dont l’isoprène et le sulfure de diméthyle.

« Il est assez significatif que nous puissions maintenant montrer, par l’observation directe, que ces composés se forment réellement dans l’atmosphère, qu’ils sont étonnamment stables et qu’ils sont formés à partir de presque tous les composés chimiques. Toutes les spéculations doivent maintenant être mises au repos », déclare Jing Chen, doctorant au Département de chimie et deuxième auteur de l’étude.

Juste combien

  • L’isoprène est l’un des composés organiques les plus fréquemment émis dans l’atmosphère. L’étude montre qu’environ 1 % de tout l’isoprène libéré se transforme en hydrotrioxydes.
  • Les chercheurs estiment que les concentrations de ROOOH dans l’atmosphère sont d’environ 10 millions par cm3. En comparaison, les radicaux OH, l’un des oxydants les plus importants de l’atmosphère, se trouvent dans environ 1 million de radicaux par cm3.

Les hydrotrioxydes se forment lors d’une réaction entre deux types de radicaux (voir illustration ci-dessous). Les chercheurs s’attendent à ce que presque tous les composés chimiques forment des hydrotrioxydes dans l’atmosphère et estiment que leur durée de vie varie de quelques minutes à quelques heures. Cela les rend suffisamment stables pour réagir avec de nombreux autres composés atmosphériques.

Vraisemblablement absorbé dans les aérosols

L’équipe de recherche soupçonne également fortement les trioxydes de pouvoir pénétrer dans de minuscules particules en suspension dans l’air, appelées aérosols, qui présentent un risque pour la santé et peuvent entraîner des maladies respiratoires et cardiovasculaires.

«Ils entreront très probablement dans les aérosols, où ils formeront de nouveaux composés avec de nouveaux effets. Il est facile d’imaginer que de nouvelles substances se forment dans les aérosols qui sont nocives si elles sont inhalées. Mais une enquête plus approfondie est nécessaire pour traiter ces effets potentiels sur la santé », déclare Henrik Grum Kjærgaard.

Bien que les aérosols aient également un impact sur le climat, ils sont l’une des choses les plus difficiles à décrire dans les modèles climatiques. Et selon les chercheurs, il y a une forte probabilité que les hydrotrioxydes aient un impact sur le nombre d’aérosols produits.

Expérience d'écoulement à jet libre à TROPOS

Installation en laboratoire de l’expérience d’écoulement à jet libre à TROPOS à Leipzig, avec cette preuve directe a été fournie pour la première fois que la formation d’hydrotrioxydes (ROOOH) a également lieu dans des conditions atmosphériques à partir de la réaction des radicaux peroxy (RO2) avec radicaux hydroxyles (OH). Crédit : Tilo Arnhold, TROPOS

“Comme la lumière du soleil est à la fois réfléchie et absorbée par les aérosols, cela affecte l’équilibre thermique de la Terre, c’est-à-dire le rapport de la lumière du soleil que la Terre absorbe et renvoie dans l’espace. Lorsque les aérosols absorbent des substances, ils se développent et contribuent à la formation de nuages, ce qui affecte également le climat de la Terre », explique le co-auteur et PhD. étudiante, Eva R. Kjærgaard.

L’effet du composé doit être étudié plus avant

Les chercheurs espèrent que la découverte des hydrotrioxydes nous aidera à en savoir plus sur l’effet des produits chimiques que nous émettons.

« La plupart des activités humaines entraînent l’émission de substances chimiques dans l’atmosphère. Ainsi, la connaissance des réactions qui déterminent la chimie atmosphérique est importante si nous voulons être en mesure de prédire comment nos actions affecteront l’atmosphère à l’avenir », explique le co-auteur et post-doctorant, Kristan H. Møller.

Expériences sur les hydrotrioxydes à TROPOS

Jusqu’à présent, il n’y avait que des spéculations sur les hydrotrioxydes (ROOOH), que ces composés organiques avec le groupe inhabituel OOOH existeraient. Dans des expériences de laboratoire au TROPOS à Leipzig, leur formation lors de l’oxydation d’hydrocarbures importants, tels que l’isoprène et l’alpha-pinène, a pu être clairement démontrée maintenant. Crédit : Tilo Arnhold, TROPOS

Cependant, ni lui ni Henrik Grum Kjærgaard ne s’inquiètent de la nouvelle découverte :

« Ces composés ont toujours existé – nous ne les connaissions tout simplement pas. Mais le fait que nous ayons maintenant la preuve que les composés se forment et vivent pendant un certain temps signifie qu’il est possible d’étudier leur effet de manière plus ciblée et de réagir s’ils s’avèrent dangereux », explique Henrik Grum Kjærgaard.

“La découverte suggère qu’il pourrait y avoir beaucoup d’autres choses dans l’air que nous ne connaissons pas encore. En effet, l’air qui nous entoure est un immense enchevêtrement de réactions chimiques complexes. En tant que chercheurs, nous devons garder l’esprit ouvert si nous voulons nous améliorer dans la recherche de solutions », conclut Jing Chen.

Référence : “Formation d’hydrotrioxyde (ROOOH) dans l’atmosphère” par Torsten Berndt, Jing Chen, Eva R. Kjærgaard, Kristian H. Møller, Andreas Tilgner, Erik H. Hoffmann, Hartmut Herrmann, John D. Crounse, Paul O. Wennberg et Henrik G. Kjaergaard, 26 mai 2022, La science.
DOI : 10.1126/science.abn6012

À propos de l’étude

  • Alors que les théories derrière les nouveaux résultats de recherche ont été développées à Copenhague, les expériences ont été menées à l’aide de la spectrométrie de masse, en partie à l’Institut Leibniz pour la recherche troposphérique (TROPOS) en Allemagne, et en partie au California Institute of Technology (Caltech) aux États-Unis. . .
  • Bien que des concentrations plus élevées doivent être utilisées dans de nombreuses expériences, ces expériences sont réalisées dans un environnement presque identique à l’atmosphère, ce qui rend les résultats très fiables et comparables à l’atmosphère. La mesure des hydrotrioxydes a été rendue possible grâce à l’utilisation d’instruments de mesure incroyablement sensibles.
  • L’étude a été menée par : Torsten Berndt, Andreas Tilgner, Erik H. Hoffmann et Hartmut Hermann de l’Institut Leibniz pour la recherche troposphérique (TROPOS) ; Jing Chen, Eva R. Kjærgaard, Kristian H. Møller et Henrik Grum Kjærgaard du département de chimie de l’Université de Copenhague ; et John D. Crounse et Paul O. Wennberg à Caltech.

Leave a Reply

Your email address will not be published.