QOOH (midden) in zijn natuurlijke omgeving, volgens Sandia.

Voor het eerst lukt het om rechtstreeks hydroperoxyalkylradicalen oftewel QOOH te meten. Het gaat een hoop duidelijk maken over verbrandingsprocessen in automotoren, beloven onderzoekers van het Sandia-lab in Science.

Die QOOH-radicalen komen neer op waterstofperoxide (HOOH) met in plaats van één H een koolstofwaterstofketen of -ring. Het losse elektron dat het geheel tot een radicaal maakt, zit ergens in die Q.

De theorie is dat de verbranding van zo’n koolwaterstof start met de vorming van een radicaal, bijvoorbeeld doordat er één H van af wordt getrokken. Dat radicaal R reageert met zuurstof (O2) tot ROO, met het losse elektron aan de verste O. Vervolgens verhuist inwendig een andere H zodat je QOOH krijgt - geen ROOH dus. Deze ‘ontstekingsreacties’ verlopen allemaal bij relatief lage temperatuur; de oxidatie van organische verbindingen in de atmosfeer schijnt ongeveer net zo te werken.

Het kan dus niet anders of de reactiekinetiek van deze eerste stappen is bepalend voor het verdere verloop van het verbrandingsproces, en dus voor de efficiëntie waarmee een motor omgaat met zijn brandstof. Alleen gaat het allemaal zó snel dat men het nooit in beeld kon krijgen, al bestaat de hier geschetste theorie al veel langer.

Bij het Sandia-lab is het nu toch gelukt met behulp van de Multiplexed Photoionization Mass Spectrometer (MPIMS) die speciaal is ontworpen om tussenproducten en bijbehorende reactiesnelheden te meten. In 2012 kreeg men er ook al de geheimzinnige Criegee-biradicalen mee in beeld.

Om ook QOOH te kunnen meten waren twee dingen nodig: een grondstof die genoeg QOOH produceerde om überhaupt iets in beeld te krijgen, en een vermoeden hoe het spectrum er ongeveer uit zou kunnen zien. Dat laatste was een kwestie van een kwantumchemische computersimulatie, het eerste lijkt meer een kwestie van chemische intuïtie te zijn geweest. Hoe dan ook: de keuze viel op 1,3-cycloheptadieen en het leverde inderdaad een spectrum op dat zó op de voorspelling leek dat het wel QOOH (om precies te zijn dus C7H8OOH) moest zijn.

En als dat zo is, is nu ook duidelijk dat dit QOOH veel langzamer verder reageert dan alle theoretische modellen tot nu toe voorspellen, en dat het dus tijd is die modellen te herzien.

bron: Sandia Lab