Quantum-chemical investigation on the pre-nucleation cluster formation between oxalic acid conformers and atmospheric nucleation precursors
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Partículas de aerossol formadas na troposfera terrestre através do processo de nucleação têm um grande impacto no balanço radiativo do planeta, na formação de nuvens e nos padrões de precipitação. As crescentes preocupações com as mudanças climáticas em diferentes partes do mundo servem como motivação para a comunidade científica estudar os processos de formação e as propriedades físico-químicas dos aerossóis atmosféricos. O ácido oxálico é um dos ácidos dicarboxílicos mais simples e naturalmente presentes na atmosfera, sendo encontrado em abundância e apresentando vários conformações estruturais estáveis. As interações do ácido oxálico, mediadas por ligações de hidrogênio, com outras moléculas atmosféricas são importantes, pois podem influenciar a composição química da atmosfera, impactando assim a físico-química atmosférica e os processos ambientais. Neste trabalho, realizamos cálculos de Teoria do Funcional da Densidade com o modelo M06-2X/6-311++G(3df,3pd) para examinar a interação de diferentes conformações do ácido oxálico com ácido sulfúrico e amônia — duas moléculas amplamente reconhecidas como precursoras da nucleação atmosférica — com o objetivo de observar as características das ligação de hidrogênio das conformações individuais. Uma extensa e sistemática análise químico-quântica foi conduzida para analisar as características estruturais, termodinâmicas, elétricas e espectroscópicas de vários aglomerados binários e ternários mediados por cinco conformações do ácido oxálico. Nossa análise das energias de ligação eletrônica e das variações na energia livre associadas à formação de aglomerados e sua distribuição populacional em temperatura ambiente revela que múltiplas conformações do ácido oxálico têm potencial para formar aglomerados estáveis na atmosfera. De fato, a conformação de ácido oxálico de maior energia contribui de forma mais significativa para a distribuição populacional dos aglomerados. De acordo com os cálculos realizados, os aglomerados de ácido oxálico com ácido sulfúrico apresentam maior estabilidade termodinâmica e maior intensidade de espalhamento de luz em comparação com aqueles formados com amônia. Além disso, a análise da formação sucessiva de aglomerados revela que os aglomerados formados entre o ácido sulfúrico e o ácido oxálico têm maior probabilidade de crescer espontaneamente do que aqueles formados entre a amônia e o ácido oxálico.
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CARVALHO, Eduardo da Silva. Quantum-chemical investigation on the pre-nucleation cluster formation between oxalic acid conformers and atmospheric nucleation precursors. 2024. 80 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Universidade Federal do Amazonas, Manaus, 2024.
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