Leibniz-Institut für Troposphärenforschung Leipziger Forscher weisen neue Klasse von Substanzen nach

Pro Jahr werden zehn Millionen Tonnen davon in der Atmosphäre gebildet, doch bisher wurde über ihre Existenz nur spekuliert: Hydrotrioxide. Einem Forscherteam mit Leipziger Beteiligung ist nun der Nachweis dieser völlig neuen Substanzklasse gelungen.

Laboraufbau des Freistrahl-Experiments am Tropos in Leipzig.
Laboraufbau des Freistrahl-Experiments am Tropos in Leipzig. Bildrechte: Tilo Arnhold/Tropos

Die Wissenschaftler vom Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (Tropos) arbeiteten für ihre Studie mit Kollegen vom California Institute of Technology (Caltech) und der Universität Kopenhagen zusammen. Das Forscherteam erbrachte erstmals den direkten Nachweis, dass die Hydrotrioxide (ROOOH) auch unter atmosphärischen Bedingungen entstehen können – mit einer Lebensdauer von einigen Minuten bis Stunden. Vorher waren diese organischen Verbindungen mit der ungewöhnlichen OOOH-Gruppe nämlich nur im Labor bei sehr niedrigen Temperaturen um minus 80 Grad hergestellt worden. Ihr Vorkommen in der Atmosphäre wird auf etwa zehn Millionen Tonnen jährlich geschätzt.

Abstrakte, dreidimensionale Struktur, die ein Periodensystem der Elemente darstellt. Schrift: Die Entstehung der Elemente Logo: MDR WISSEN 10 min
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Rolle für Gesundheit und Umwelt muss nun genauer untersucht werden

"Dabei ist sehr erstaunlich, dass diese interessanten Moleküle mit einem so hohen Sauerstoffanteil so stabil sind", erklärt Dr. Torsten Berndt vom Tropos. Weitere Forschung sei nun erforderlich, um die Rolle der Hydrotrioxide für die Gesundheit und die Umwelt zu ermitteln. Die Frage, ob diese Verbindung für Menschen gefährlich sein kann, bleibt damit vorerst unbeantwortet. Da die Studie aber gezeigt habe, dass die neue Substanzklasse mit Hilfe der Massenspektrometrie beobachtet werden kann, könne diese nun auch in anderen Systemen untersucht und in der Atmosphäre besser quantifiziert werden, so Prof. Paul O. Wennberg vom Caltech.

Bei den Hydrotrioxiden handelt es sich um gasförmige Substanzen mit einer Gruppe, die aus drei aufeinanderfolgenden Sauerstoffatomen (O) und einem Wasserstoffatom (H) besteht, welche an einem kohlenstoffhaltigen Rest (R) gebunden ist. Hydroperoxide (ROOH) mit zwei Sauerstoffatomen sind bereits lange bekannt und nachgewiesen. Ob auch Hydrotrioxide in der Natur vorkommen, konnte bisher nur spekuliert werden. Die Untersuchungen fanden in einem sogenannten Freistrahl-Experiment am Tropos in Leipzig statt. Dabei wird eine Strömung in die freie Umgebung ohne Wandbegrenzung abgegeben, in diesem Fall in einem Strömungsrohr bei Raumtemperatur und einem Druck von 1 bar Luft. Die Hydrotrioxide wurden dann mit sehr empfindlichen Massenspektrometern beobachtet.

pm/cdi

Links/Studien

Die Studie "Hydrotrioxide (ROOOH) formation in the atmosphere" wurde am 27.05.2022 im Fachmagazin "Science" veröffentlicht.

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