A theoretical study of the mechanism of the atmospherically relevant reaction of chlorine atoms with methyl nitrate, and calculation of the reaction rate coefficients at temperatures relevant to the troposphere

文献情報

出版日 2015-02-12
DOI 10.1039/C4CP06007E
インパクトファクター 3.676
著者

Maggie Ng, Daniel K. W. Mok, John M. Dyke


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要旨

The reaction between atomic chlorine (Cl) and methyl nitrate (CH3ONO2) is significant in the atmosphere, as Cl is a key oxidant, especially in the marine boundary layer, and alkyl nitrates are important nitrogen-containing organic compounds, which are temporary reservoirs of the reactive nitrogen oxides NO, NO2 and NO3 (NOx). Four reaction channels HCl + CH2ONO2, CH3OCl + NO2, CH3Cl + NO3 and CH3O + ClNO2 were considered. The major channel is found to be the H abstraction channel, to give the products HCl + CH2ONO2. For all channels, geometry optimization and frequency calculations were carried out at the M06-2X/6-31+G** level, while relative electronic energies were improved to the UCCSD(T*)-F12/CBS level. The reaction barrier () and reaction enthalpy (ΔHRX298K) of the H abstraction channel were computed to be 0.61 and −2.30 kcal mol−1, respectively, at the UCCSD(T*)-F12/CBS//M06-2X/6-31+G** level. Reaction barriers () for the other channels are more positive and these pathways do not contribute to the overall reaction rate coefficient in the temperature range considered (200–400 K). Rate coefficients were calculated for the H-abstraction channel at various levels of variational transition state theory (VTST) including tunnelling. Recommended ICVT/SCT rate coefficients in the temperature range 200–400 K are presented for the first time for this reaction. The values obtained in the 200–300 K region are particularly important as they will be valuable for atmospheric modelling calculations involving reactions with methyl nitrate. The implications of the results to atmospheric chemistry are discussed. Also, the enthalpies of formation, ΔHf,298K, of CH3ONO2 and CH2ONO2 were computed to be −29.7 and 19.3 kcal mol−1, respectively, at the UCCSD(T*)-F12/CBS level.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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