北理工課題組在《Accounts of Chemical Research》發表弱酸(堿)置換強酸(堿)綜述文章


近日,Accounts of Chemical Research(《化學研究評述》)以“Strong Acids or Bases Displaced by Weak Acids or Bases in Aerosols: Reactions Driven by the Continuous Partitioning of Volatile Products into the Gas Phase”為題,在線發表了北京理工大學化學與化工學院張韞宏團隊的綜述文章,討論了氣溶膠體系中弱酸(弱堿)置換強酸(強堿)的獨特現象。

氣溶膠體系的物理化學性質與體相溶液相比,具有很大的差異。表現在氣溶膠是一個多相分散系統,凝聚相時刻與氣相發生能量和物質交換。氣溶膠顆粒往往尺寸微小,具有較大的比表面積,與體相體系相比,在動力學上氣溶膠顆粒內的組分更容易與氣相達到分配平衡。國內的賀泓團隊、葛茂發團隊以及國外的A. Laskin團隊等,就發現了大氣顆粒物中有機弱酸(乙二酸、丙二酸等)置換無機強酸(鹽酸、硝酸),引起了氯損耗、硝酸鹽損耗問題,本團隊也觀察到有機弱堿(丁二酸鈉、丙二酸鈉等)置換中強堿(氨),引起銨損耗現象。

這篇文章分析了一種多相體系中發生的熱力學和動力學過程。體相不能發生的弱酸置換強酸、弱堿置換強堿的熱力學過程,在氣溶膠體系中,如果考慮到多相過程,強酸或者強堿存在揮發性時,這個事兒是可以發生的,熱力學上是允許的,這是第一點。第二點,這是個動力學控制的過程,由于氣溶膠分散到無限大的氣相中,揮發速度依賴于氣溶膠的半徑,半徑越小,置換的速度越快。第三,結構要求,這個揮發性的物質,是不帶電荷的,是中性分子,比如說氨氣或者氯化氫或者硝酸,它們是以中性分子形式進入氣相的,但是它們在溶液中是帶電荷,分別是銨離子、氯離子、或者是硝酸根離子。所以,這些離子要么就是脫掉一個氫離子,要么就是拿到一個氫離子,變成中性分子,進入氣相。拿到一個氫離子也好,脫掉一個氫離子也好,它們對體相的PH緩沖區間有要求,這個緩沖區間的任務由弱酸或者弱堿承擔,所以,溶液相中還必須有緩沖的酸堿對兒,保證恢復持續進行。

總的來說,氣溶膠中發生的這些獨特的反應過程,對深入理解大氣氣溶膠的老化過程及相關物種的大氣循環具有重要意義。本文的第一作者是北京理工大學博士生陳哲,青年教師劉湃建立了動力學模型,定量分析了置換反應中氣溶膠的尺寸效應,加之與科羅拉多大學(丹佛)劉勇教授多次討論和共同撰稿,得以完成本工作。

本研究得到了國家自然科學基金委重大研究計劃(91544223)的資助。

文章鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.accounts.1c00318


分享到:

亚博购彩集团有限公司