Diese Arbeit ist Teil der Dissertationen unter http://www2.chemie.uni-erlangen.de/services/dissonline/

Zusammenfassung

In dieser Arbeit werden die Wechselwirkungen von Spurengasen mit Eis- und Schwefelsäureoberflächen im Temperaturbereich 195 - 265 K untersucht. Ziel der Messungen ist die Klärung der Frage, inwiefern durch Flugzeuge in Reiseflughöhe emittierte Spurengase durch heterogene Reaktionen an Eis- und Schwefelsäureaerosolpartikeln ab/adsorbiert, transportiert und umgewandelt werden. Die Klärung dieser Fragen ist wichtig zur Bewertung der Auswirkungen des Luftverkehrs auf die Atmosphäre. Zwei neuartige Versuchsapparaturen zur Durchführung dieser Untersuchungen werden beschrieben. Kernstück der Apparaturen sind Kapillarsäulen, die in einer Kühlkammer oder einem Badkryostaten bis auf - 80^oC abgekühlt werden können. In diese Kapillaren wird entweder ein Eisfilm oder ein Schwefelsäurefilm von wenigen $\mu$m Dicke aufgebracht. Die zu untersuchenden Spurengase werden als Pfropf in die Säule injiziert. Aus der Peakfläche, der Retentionszeit und der Peakverbreiterung lassen sich Ad/Absorption, Diffusion in der flüssigen Phase und Reaktion der Gase quantitativ untersuchen. Die Ergebnisse der einzelnen Messungen sind:

SO₂-Eis

SO₂ wird an Eis physisorbiert. Die Adsorption kann durch eine Langmuir Isotherme beschrieben werden. Das SO₂ wird an wenigen aktiven Zentren adsorbiert, die nur 0,06% der Gesamtoberfläche ausmachen. Unter 266 K wurden keine Hinweise auf eine quasiflüssigen Oberflächenschicht gefunden, deren Existenz an Eis knapp unterhalb des Schmelzpunktes von verschiedenen Autoren vermutet wird.

n-Hexan/Aceton-Eis

Dieses Paar einer in Wasser unlöslichen/sehr gut löslichen Verbindung wurde untersucht um festzustellen, ob das Adsorptionsverhalten von Eis durch Lösungsbildung unterhalb des Schmelzpunktes beeinflußt werden kann. Ein derartiger Effekt wurde jedoch nicht beobachtet. Die Adsorptionsisothermen der beiden Verbindungen sind in dem untersuchten Konzentrationsbereich näherungsweise linear. Das polare Aceton wird stärker als das unpolare n-Hexan adsorbiert.

O₃-Eis

Ozon wird an Eis extrem langsam abgebaut. Die Reaktionswahrscheinlichkeit liegt zwischen $5 \times 10^{-7} - 5 \times 10^{-9}$, abhängig von der Ozonkonzentration. Die Kinetik der Reaktion läßt sich erklären, wenn man annimmt, daß das Ozon zunächst an einem aktiven Zentrum adsorbiert wird und dort langsam reagiert. Der Zusatz von SO₂ beschleunigt den Ozonabbau.

SO₂-H₂SO₄

SO₂ wird physikalisch in kalter Schwefelsäure gelöst. Die Löslichkeit nimmt mit abnehmender Temperatur und abnehmender Schwefelsäurekonzentration zu. Die Diffusionskoeffizienten in Schwefelsäure sind sehr klein, was auf einen ungewöhnlich großen hydrodynamischen Radius des SO₂ schließen läßt. Die Stokes-Einstein-Beziehung ( $D_l \propto T/\eta$) kann für dieses System nicht verifiziert werden.

NO₂/N₂O₄-H₂SO₄

Beide Gase werden simultan in Schwefelsäure gelöst. Auf der Zeitskala des Experimentes findet größtenteils nur eine physikalische Lösung statt. Die Löslichkeit von N₂O₄ ist ca. 20 - 100 mal größer als die von NO₂.

Die Ergebnisse dieser Arbeit lassen den Schluß zu, daß die beobachteten Wechselwirkungen eine geringe Auswirkung auf die Chemie im Flugzeugnachlauf und in der Atmosphäre haben.

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