Radikal-Messungen

Arbeitsgruppe Dr. Hartwig Harder

Warum interessieren uns chemische Radikale? Atome und Verbindungen werden als „Radikale“ bezeichnet wenn sie ein ungepaartes Elektron haben. Radikale sind daher sehr reaktiv und ihre hohe Reaktivität macht sie zu den treibenden Molekülen in der Luftchemie, denn sie reagieren mit den meisten freigesetzten Gasen. Dadurch bauen sie diese Gase ab und reinigen die Atmosphäre. “Nebenprodukte“ dieses Reinigungsprozesses sind unter anderem Wasser (H₂O), Kohlendioxid (CO₂) und Ozon (O₃), außerdem kann eine Aerosolbildung eingeleitet werden.

Eines der wichtigsten Radikale der Luftchemie ist das Hydroxyl-Radikal, OH. Trotz seiner einfachen chemischen Struktur ist es eines der reaktivsten Moleküle in der Atmosphäre. OH-Radikale entstehen vor allem aus der Reaktion von Wassermolekülen mit Ozon und Sonnenlicht. Da diese fast überall vorkommen, werden tagsüber ständig OH-Radikale gebildet, so dass das Hydroxyl-Radikal das wichtigste Oxidationsmolekül in der Troposphäre ist. Ein chemisch eng verwandtes Molekül, das Hydroperoxyl-Radikal, HO₂, steht im schnellen Gleichgewicht mit OH, denn die beiden Moleküle werden durch Reaktionen mit anderen Spurengasen ineinander überführt und werden daher zusammen als HOx bezeichnet. Reagieren OH-Radikale mit organischen Verbindungen werden häufig RO2-Radikale gebildet, die durch Weiterreaktion wiederum OH- und HO₂-Radikale bilden können. Aufgrund der engen Beziehung von OH, HO₂ und RO₂ (zusammen als RO_x bezeichent) haben wir neben dem etablierten Messsytem für OH- und HO₂-Radikale ebenfalls ein RO₂-Messsystem aufgebaut.

HO₂- und RO₂-Radikale sind eine wichtige Quelle von troposphärischem Ozon. Sie reagieren mit NO-Radikalen und bilden NO₂-Moleküle, die anschließend photolysieren, so dassOzon entsteht. Um das Gleichgewicht zwischen der Bildung von NO₂ und der Photolyse von NO₂ untersuchen zu können, haben wir kürzlich ein NO₂-Messsystem aufgebaut.

Neben der Bildung von Ozon spielen OH und HO₂eine wichtige Rolle bei der Entstehung von Aerosolen, da sie Verbindungen mit niedriger Volatilität wie organische Säuren oder Schwefel- und Salpetersäure bilden. Somit leiten das OH- und das HO₂-Radikal fast alle komplexen chemischen Abläufe der Atmosphäre ein oder sind daran beteiligt.