O ácido perfluoropropiônico e suas interações com moléculas atmosféricas: implicações para a formação de aglomerados pré- nucleação - Medeiros Junior, Flavio Soares (2024)
As crescentes emissões de poluentes industriais e de material particulado na atmosfera tornaram- se uma preocupação global. As moléculas de poluentes podem interagir com outras moléculas atmosféricas, formando aglomerados estáveis que participam da formação de aerossóis ou são transportados de uma região para outra. Uma compreensão detalhada, em nível molecular, da composição e estabilidade desses aglomerados moleculares, bem como de sua contribuição para o mecanismo de formação de aerossóis orgânicos secundários, é fundamental. Isso é especi- almente relevante, dado o crescente número de evidências sobre os impactos prejudiciais dos poluentes e aerossóis no meio ambiente e na saúde humana. Uma classe específica de poluentes que tem recebido bastante atenção são os poluentes orgânicos persistentes (POPs), conhecidos por sua longa vida útil no ambiente, alta toxicidade e potencial de bioacumulação. Entre os POPs, os compostos perfluorados, especialmente os ácidos perfluoroalquilcarboxílicos (PFCAs, CnF2n+1COOH), merecem um estudo aprofundado devido ao seu uso industrial extensivo, por um lado, e aos seus potenciais efeitos adversos no meio ambiente e na saúde humana, por outro. Neste trabalho, utilizamos a Teoria do Funcional da Densidade (DFT) de alto nível para investigar as interações eletrostáticas do Ácido Perfluoropropiônico (C2F5COOH), um ácido carboxílico perfluoroalquílico (PFCA) com n=2, com moléculas atmosféricas-chave, como água (H2O), formaldeído (HCHO), amônia (NH3), ácido fórmico (HCOOH), metanol (CH3OH), ácido sulfúrico (H2SO4), ácido metanossulfônico (MSA) e monoetanolamina (MEA). Foi realizada uma análise quântico-química detalhada e sistemática para explorar as propriedades estruturais, energéticas, elétricas e espectroscópicas de vários aglomerados moleculares mediados por PFPA, ligados por ligações de hidrogênio. Esses aglomerados, compostos por até seis monômeros, são analisados no contexto de seu papel potencial no processo de pré-nucleação atmosférica. Nossa análise revela que o PFPA forma aglomerados estáveis por ligação de hidrogênio com ácidos orgânicos, como H2SO4 e MSA, amplamente reconhecidos como precursores de nucleação atmosférica, bem como com bases atmosféricas como NH3 e MEA. As intensidades de espalha- mento de radiação (atividades Rayleigh) aumentam significativamente quando os aglomerados de PFPA são formados. A análise das energias eletrônicas de ligação dos aglomerados e das variações na energia livre associadas à formação desses aglomerados em diferentes temperaturas sugere que o PFPA pode participar dos processos iniciais de nucleação e contribuir efetivamente para a formação de novas partículas na atmosfera. Embora a presença de água, em nível de microhidratação, não influencie significativamente a estabilidade do aglomerado PFPA-NH3, a presença simultânea de SA e MEA é essencial para aumentar a capacidade de interação do PFPA em condições ambientais.