Kontaktinformation
ingmar.persson@slu.se, 018-671547
Ytegenskaper hos kemiska föreningar hos atmosfäriska vattendroppar
Senast ändrad: 15 mars 2022
Kemi i gränsskiktet vattenlösning-luft har mycket stor betydelse för att förstå det kemiska uppträdandet hos vattendroppar i atmosfären. Även om endast 1/10000 av allt vatten på jorden finns i atmosfären så är den totala ytan hos denna lilla andel 100-1000 gånger större än ytan hos samtliga oceaner, sjöar och vattendrag på grund av dessa vattendroppar lilla storlek.
Ansamlingar av atmosfäriska vattendroppar, som vi ser som moln, kan endast med stora svårigheter studeras med avseende på total mängd vattendroppar, droppstorlekfördelning samt kemisk sammansättning. Den mikroskopiska storleken hos dessa atmosfäriska vattendroppar gör att de har en mycket stor yta i förhållande till volymen vilket gör att ytegenskaper i mycket hög grad bestämmer vattendropparnas makroskopiska egenskaper. Då vatten är den fullständigt dominerande formen av vätska eller fast förening i atmosfären är en av startpunkterna för att förstå ytegenskaperna hos makroskopiska vattenlösningar. Faktorer som pH, hydratisering av upplösta partiklar och temperatur spelar mycket stora roller för det fysikalisk-kemiska uppträdandet hos vattenytor.
På grund av ytanrikning, även av föreningar som förekommer i mycket låga halter, kan vissa föreningar bli mer tillgängliga för kemiska reaktioner. Ett sådant exempel är den oväntat stora betydelsen av brom i förhållande till klor i atmosfärkemiska reaktioner i förhållande till den naturliga förekomsten av dessa grundämnen. På grund av svagare hydratisering av bromidjonen än av kloridjonen ackumuleras det oproportionerligt mycket bromidjoner i ytan hos vattendroppar medan kloridjonerna förvisas till vattendropparnas inre. Detta medför att bromidjonerna kommer att reagera föreningar i den omgivande luften medan kloridjonerna inte hart samma möjlighet, förekomsten av fotokemiskt aktiva gaser som t.ex. brom och bromklorid är därför oväntat stor.
Illustration: Ingmar Persson.
Ett annat potentiellt viktigt ytfenomen är svart sotliknande kolinnehållande molekyler som bidrar till uppvärmningen av jorden via absorption av solljus. På grund av dess låga löslighet i vatten fastnar dessa molekyler på vattendropparnas yta där de anrikas. När dessa föreningar reagerar starkt solljus och oxiderande föreningar som t.ex. hydroxylradikaler, som är naturligt förekommande i atmosfären, sker en oxidation till först alkoholer och sedan till karboxylsyror, vilka har en betydligt större löslighet i vatten. Är dessa oxidationsprodukter laddade och har en kort kolkedja kommer de att ansamlar i vattendropparnas inre, men om de istället är neutrala och har en längre kolkedja kommer de att anrikas i vattendopparnas yta. Dessa mikroskopiska reaktioner kommer att förändra makroskopiska egenskaper som ytspänning och förmåga att reflektera eller absorbera solljus vilket i sin tur påverkar klimatet.
Våra studier innefattar kemisk analys av de reaktioner som underlättas i vattenlösning-luft-gränsskiktet och bestämning av de föreningar som är ackumulerade i gränsskiktet eller några nanometer ner i vattenlösningen för att få en ökad förståelse för reaktionerna i gränsskitet med det slutliga målet att också kvantifiera dessa.