Ученые выяснили, как формируются опасные для человека аэрозоли
25 Февраля 2021
Ученые Томского государственного университета и Университета Хельсинки обнаружили новые пути формирования загрязняющих атмосферу аэрозолей, в которых участвуют природные углеводороды, выделяемые хвойными деревьями. Статья с результатами квантово-химических расчетов опубликована в журнале Nature Communications (Q1).

Доцент физического факультета ТГУ Рашид Валиев вместе с коллегами из Финляндии объяснил процессы окисления молекул терпенов в реакциях озонолиза. Это позволило обнаружить новые пути формирования аэрозолей, которые негативно влияют на климат и экологию окружающей среды. Источником терпенов, которые изучали физики, являются хвойные леса.

– Мы провели мультиреференсные квантово-химические расчеты и выяснили, что известные ранее данные об озонолизе молекул терпенов были не совсем верными. Наши расчеты показали, что значения активационных барьеров для различных путей реакции существенно отличаются от тех, что предполагались ранее, и сами реакции идут более сложным образом, – говорит один из авторов исследования Рашид Валиев. – Таким образом, с использованием экспериментальных и теоретических методов мы смогли корректно сравнить различные пути реакции озонолиза и объяснили поэтапно стадии формирования продуктов этой реакции.

Терпены представляют собой важный класс летучих органических соединений и, по недавним исследованиям, могут очень быстро превращаться в аэрозоли с низкой летучестью. Однако механизм этого преобразования удалось понять только после расчетов научной группы Валиева. Ученые доказали, что избыточная энергия от начальной реакции озонолиза терпенов может привести к появлению новых промежуточных продуктов окисления без стерической деформации, это позволяет быстро образовывать продукты, содержащие до 8 атомов кислорода.

Рашид Валиев
Терпены участвуют в формировании так называемых вторичных аэрозольных частиц, которые создаются в основном при взаимодействии углеводородов с различными окислителями. Такие частицы очень опасны для людей и животных, так как глубоко проникают в легкие. Кроме того, они отражают солнечные лучи в инфракрасном диапазоне и тем самым связаны с климатическими проблемами. Поэтому изучение механизмов образования этих частиц – важная задача для атмосферной химии и физики.

Как добавил Рашид Валиев, загрязнение аэрозольными частицами ежегодно приводит к смерти 2,9 миллиона человек – это на порядок больше, чем в результате вооруженных конфликтов. Первичные аэрозольные частицы, такие как пыль, доминируют в общей массе атмосферного аэрозоля. Но подавляющее большинство субмикронных аэрозольных частиц, ответственных за большую часть смертности из-за загрязнения воздуха, являются именно вторичными.

Следующим этапом работы международного научного коллектива станет объяснение химии йода в контексте озона.

В 2021 году Рашид Валиев защитил докторскую диссертацию по специальности «Физическая химия (химические науки)» в Нижегородском государственном университете имени Н.И. Лобачевского. Тема диссертации: «Ароматичность и ее связь с фотофизикой и электронной спектроскопией макрогетероциклических соединений: порфириноиды и гетеро[8]циркулены».