北理工課題組在《Accounts of Chemical Research》發(fā)表弱酸（堿）置換強酸（堿）綜述文章
發(fā)布日期：2021-09-29 供稿：化學(xué)與化工學(xué)院
編輯：隆哲源 審核：王振華 閱讀次數(shù)：
近日，Accounts of Chemical Research（《化學(xué)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(fā)表了北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)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(xiàn)象。
氣溶膠體系的物理化學(xué)性質(zhì)與體相溶液相比，具有很大的差異。表現(xiàn)在氣溶膠是一個多相分散系統(tǒng)，凝聚相時刻與氣相發(fā)生能量和物質(zhì)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(xué)上氣溶膠顆粒內(nèi)的組分更容易與氣相達(dá)到分配平衡。國內(nèi)的賀泓團隊、葛茂發(fā)團隊以及國外的A. Laskin團隊等，就發(fā)現(xiàn)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(xiàn)象。
這篇文章分析了一種多相體系中發(fā)生的熱力學(xué)和動力學(xué)過程。體相不能發(fā)生的弱酸置換強酸、弱堿置換強堿的熱力學(xué)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(fā)性時，這個事兒是可以發(fā)生的，熱力學(xué)上是允許的，這是第一點。第二點，這是個動力學(xué)控制的過程，由于氣溶膠分散到無限大的氣相中，揮發(fā)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(jié)構(gòu)要求，這個揮發(fā)性的物質(zhì)，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(jìn)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(jìn)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(qū)間有要求，這個緩沖區(qū)間的任務(wù)由弱酸或者弱堿承擔(dān)，所以，溶液相中還必須有緩沖的酸堿對兒，保證恢復(fù)持續(xù)進(jìn)行。
總的來說，氣溶膠中發(fā)生的這些獨特的反應(yīng)過程，對深入理解大氣氣溶膠的老化過程及相關(guān)物種的大氣循環(huán)具有重要意義。本文的第一作者是北京理工大學(xué)博士生陳哲，青年教師劉湃建立了動力學(xué)模型，定量分析了置換反應(yīng)中氣溶膠的尺寸效應(yīng)，加之與科羅拉多大學(xué)（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(xué)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
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