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https://tede.ufam.edu.br/handle/tede/10725
???metadata.dc.type???: | Tese |
Title: | O ácido perfluoropropiônico e suas interações com moléculas atmosféricas: implicações para a formação de aglomerados pré- nucleação |
Other Titles: | Perfluoropropionic acid and its interactions with atmospheric molecules: implications for formation of pre-nucleation aglomerates |
???metadata.dc.creator???: | Medeiros Junior, Flavio Soares ![]() |
???metadata.dc.contributor.advisor1???: | Chaudhuri, Puspitapallab |
???metadata.dc.contributor.referee2???: | Fonseca Filho, Henrique Duarte |
???metadata.dc.contributor.referee3???: | Galiceanu, Mircea Daniel |
???metadata.dc.contributor.referee4???: | Gester, Rodrigo |
???metadata.dc.contributor.referee5???: | Fonseca, Tertius Lima da |
???metadata.dc.description.resumo???: | 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. |
Abstract: | The ever-increasing emissions of industrial pollutants and particulate matter into the atmosphere have become a global concern. These pollutant molecules can interact with other atmospheric molecules, forming stable clusters that either participate in aerosol formation or are transported across regions. A molecular-level understanding of the composition and stability of such molec- ular clusters, as well as their contribution to the formation of secondary organic aerosols, is crucial. This is particularly relevant in light of growing evidence regarding the harmful impacts of pollutants and aerosols on both the environment and human health. A specific class of pollutants that is receiving significant attention are persistent organic pollutants (POPs), known for their long environmental lifetimes, high toxicity, and bio-accumulative potential. Among the POPs, perfluorinated compounds—especially perfluoroalkyl carboxylic acids (PFCAs , CnF2n+1COOH) warrant close study due to their widespread industrial use and their potential adverse effects on the environment and human health. In the present work, we employ high-level Density Func- tional Theory (DFT) to investigate the electrostatic interaction of perfluoropropionic acid (PFPA, C2F5COOH), a PFCA with n=2, with well-known atmospheric molecules namely water (H2O), formaldehyde (HCHO), ammonia (NH3), formic acid (HCOOH), methanol (CH3OH), sulfuric acid (H2SO4), methanesulfonic acid (MSA) and monoethanolamine (MEA). A detailed and systematic quantum-chemical calculation has been performed to explore the structural, energetic, electrical, and spectroscopic properties of various hydrogen-bonded molecular clusters mediated by PFPA. These clusters, comprising up to six monomers, are analyzed in the context of their potential role in the atmospheric pre-nucleation process. Our analysis reveals that PFPA forms stable hydrogen-bonded clusters with organic acids such as H2SO4 and MSA, which are widely recognized atmospheric nucleation precursors, as well as with atmospheric bases like NH3 and MEA. The scattering intensities of radiation (Rayleigh activities) significantly increase when PFPA clusters are formed. Analyzing the binding electronic energies and free energy changes associated with the formation of these clusters at different temperatures suggests that PFPA can participate in the initial nucleation processes and contribute effectively to new particle formation in the atmosphere. While the presence of water, at the microhydration level, does not notably affect the stability of PFPA-NH3 clusters, the simultaneous presence of both SA and MEA enhances PFPA’s interaction capacity under ambient conditions. |
???metadata.dc.subject.cnpq???: | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA: FISICA: FISICA ATOMICA E MOLECULAR: ESTRUTURA ELETRONICA DE ATOMOS E MOLECULAS TEORIA |
???metadata.dc.subject.user???: | Ácido perfluoropropiônico Moléculas atmosféricas Ligação de hidrogênio Aglomerados moleculares |
Language: | por |
???metadata.dc.publisher.country???: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal do Amazonas |
???metadata.dc.publisher.initials???: | UFAM |
???metadata.dc.publisher.department???: | Instituto de Ciências Exatas |
???metadata.dc.publisher.program???: | Programa de Pós-graduação em Física |
Citation: | MEDEIROS JUNIOR, Flavio Soares. O ácido perfluoropropiônico e suas interações com moléculas atmosféricas: implicações para a formação de aglomerados pré- nucleação. 2024. 128 f. Tese (Doutorado em Física) - Universidade Federal do Amazonas, Manaus (AM), 2024. |
???metadata.dc.rights???: | Acesso Aberto |
???metadata.dc.rights.uri???: | https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ |
URI: | https://tede.ufam.edu.br/handle/tede/10725 |
Issue Date: | 23-Oct-2024 |
Appears in Collections: | Doutorado em Física |
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