SO3 formation from the X-ray photolysis of SO2 astrophysical ice analogues: FTIR spectroscopy and thermodynamic investigations

文献情報

出版日 2017-09-19
DOI 10.1039/C7CP03679E
インパクトファクター 3.676
著者

Víctor de Souza Bonfim, Roberto Barbosa de Castilho, Leonardo Baptista


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要旨

In this combined experimental–theoretical work we focus on the physical and chemical changes induced by soft X-rays on sulfur dioxide (SO2) ice at a very low temperature, in an attempt to clarify and quantify its survival and chemical changes in some astrophysical environments. SO2 is an important constituent of some Jupiter moons and has also been observed in ices around protostars. The measurements were performed at the Brazilian Synchrotron Light Source (LNLS/CNPEM), in Campinas, Brazil. The SO2 ice sample (12 K) was exposed to a broadband beam of mainly soft X-rays (6–2000 eV) and in situ analyses were performed by IR spectroscopy. The X-ray photodesorption yield (upper limit) was around 0.25 molecules per photon. The values determined for the effective destruction (SO2) and formation (SO3) cross sections were 2.5 × 10−18 cm2 and 2.1 × 10−18 cm2, respectively. The chemical equilibrium (88% of SO2 and 12% of SO3) was reached after the fluence of 1.6 × 1018 photons cm−2. The SO3 formation channels were studied at the second-order Møller–Plesset perturbation theory (MP2) level, which showed the three most favorable reaction routes (ΔH < −79 kcal mol−1) in simulated SO2 ice: (i) SO + O2 → SO3, (ii) SO2 + O → SO3, and (iii) SO2 + O+ → SO3+ + e− → SO3. The amorphous solid environment effect decreases the reactivity of intermediate species towards SO3 formation, and ionic species are even more affected. The experimentally determined effective cross sections and theoretical reaction channels identified in this work allow us to better understand the chemical evolution of certain sulfur-rich astrophysical environments.

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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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