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Estudo cinético de reações químicas de interesse astroquímico via método de Monte Carlo
Manoel Gustavo Petrucelli Homem, Fernanda Rani Malta

Última alteração: 2021-03-18

Resumo


Introdução: A astroquímica é definida como um campo da astronomia especializada no estudo da formação, destruição e excitação de moléculas no meio interestelar e suas influências na estrutura, dinâmica e evolução destas espécies. Esta área permite investigar a temperatura, densidade e aspectos físicos deste meio, assim como a complexidade química presente na fase de evolução estelar [1]. No meio interestelar e/ou em atmosferas planetárias, comumente ocorrem reações de fotodissociação ou fotoionização. Estas reações sucedem-se através da exposição dos compostos químicos à uma fonte de radiação específica, por exemplo, uma estrela próxima. Sabendo da abundância de moléculas simples (CH4, H2O, CO e NH3) presentes no meio interestelar, torna-se possível simular a rota de formação de espécies químicas complexas através de dados cinéticos de fotólise [1,2].
Objetivos: O projeto atual se insere em um trabalho mais amplo voltado para o estudo de processos químicos de interesse atmosférico e astroquímico induzidos por interações com elétrons e fótons na região de energia do ultravioleta de vácuo (UVV). Portanto, uma rotina baseada em Monte Carlo foi desenvolvida para estudar a cinética de tais reações. Apresentamos aqui como as taxas de fotólise, importantes parâmetros de entrada para a rotina de Monte Carlo, foram obtidas a partir das seções de choque de fotoabsorção e do fluxo de fótons.
Metodologia: Todos os cálculos foram realizados em Fortran 90. A taxa da perda de concentração [C] da molécula devido à reação induzida por fótons é determinada através da equação d[C]/dt = -k[C], onde k representa a constante de velocidade de reação de primeira ordem, definida como o produto da seção de choque de fotoabsorção pelo fluxo de fótons. No presente trabalho, foram usados dados de seções de choque determinados pelo nosso grupo de pesquisa para várias moléculas de interesse, por exemplo, ver a ref. [3]. Os dados para o fluxo de fótons foram obtidos na literatura [4].
Resultados: Apresentamos dados para a molécula de dimetil sulfeto na faixa de energia de 5 a 22 eV. Essa molécula possui um papel importante na formação de aerossóis atmosféricos e também está associada com a formação de moléculas complexas no meio interestelar [5]. Dessa forma, o estudo de seu tempo de vida (k-1) na estratosfera é de interesse atual. O fluxo de fótons nessa região é de cerca de 1x108 fótons.s-1.cm-2 resultando em uma taxa de fotólise de 1,21x10-7 s-1 e tempo de vida da ordem de 96 dias. Dados para outras moléculas serão apresentadas detalhadamente no congresso.
Conclusões: Os dados obtidos neste trabalho podem contribuir para a modelagem de reações químicas mediadas pela interação com fótons em ambientes atmosféricos e interestelares, onde a taxa de fotólise molecular desempenha um papel importante no balanço de energia, visto que não é trivial obter estes dados diretamente da literatura.

Palavras-chave


Fotólise; seções de choque; ultravioleta de vácuo

Referências


[1] E. Herbst, E. F. Van Dishoeck, Annu. Rev. Astron. Astrophys. 47, 427 (2009).

[2] J. H., Seinfeld, S. N. Pandis. John Wiley & Sons (2016).

[3] M. M. Fujimoto et al., J. Phys. Chem. A. 124 (32), 6478-6485 (2020).

[4] W. F. Huebner, C. W. Carpenter: Los Alamos Scientific Laboratory Report LA-8085-MS (1979).

[5] M. L. Senent et al., J. Chem. Phys. 140, 124302 (2014).