We have developed a new model utilizing our existing kinetic gas phase models to simulate experimental particle size distributions emerging in dry supersaturated H2SO4 vapor homogeneously produced by rapid oxidation of SO2 through stabilized Criegee-Intermediates from 2-butene ozonolysis. We use a sectional method for simulating the particle dynamics. The particle treatment in the model is based on first principles and takes into account the transition from the kinetic to the diffusion-limited regime. It captures the temporal evolution of size distributions at the end of the ozonolysis experiment well, noting a slight underrepresentation of coagulation effects for larger particle sizes. The model correctly predicts the shape and the modes of the experimentally observed particle size distributions. The predicted modes show an extremely high sensitivity to the H2SO4 evaporation rates of the initially formed H2SO4 clusters (dimer to pentamer), which were arbitrarily restricted to decrease exponentially with increasing cluster size. In future, the analysis presented in this work can be extended to allow a direct validation of quantum chemically predicted stabilities of small H2SO4 clusters, which are believed to initiate a significant fraction of atmospheric new particle formation events. We discuss the prospects and possible limitations of the here presented approach.

1.
S.
Solomon
,
D.
Qin
,
M.
Manning
,
Z.
Chen
,
M.
Marquis
,
K. B.
Averyt
,
M.
Tignor
, and
H. L.
Miller
,
Climate Change 2007: The Physical Science Basis, Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change
(
Cambridge University Press
,
Cambridge, New York
,
2007
).
2.
M.
Sipilä
,
T.
Berndt
,
T.
Petäjä
,
D.
Brus
,
J.
Vanhanen
,
F.
Stratmann
,
J.
Patokoski
,
R. L.
Mauldin
,
A.-P.
Hyvärinen
,
H.
Lihavainen
, and
M.
Kulmala
,
Science
327
,
1243
(
2010
).
3.
T.
Berndt
,
O.
Böge
, and
F.
Stratmann
,
Atmos. Environ.
38
,
2145
(
2004
).
4.
S.-L.
Sihto
,
M.
Kulmala
,
V.-M.
Kerminen
,
M. D.
Maso
,
T.
Petäjä
,
I.
Riipinen
,
H.
Korhonen
,
F.
Arnold
,
R.
Janson
,
M.
Boy
,
A.
Laaksonen
, and
K. E. J.
Lehtinen
,
Atmos. Chem. Phys.
6
,
4079
(
2006
).
5.
I.
Riipinen
,
S.-L.
Sihto
,
M. K. F.
Arnold
,
M. D.
Maso
,
W.
Birmili
,
K.
Saarnio
,
K.
Teinilä
,
V.-M.
Kerminen
,
A.
Laaksonen
, and
K. E. J.
Lehtinen
,
Atmos. Chem. Phys.
7
,
1899
(
2007
).
6.
W. R.
Stockwell
and
J. G.
Calvert
,
Atmos. Environ.
17
,
2231
(
1983
).
7.
O.
Welz
,
J. D.
Savee
,
D. L.
Osborn
,
S. S.
Vasu
,
C. J.
Percival
,
D. E.
Shallcross
, and
C. A.
Taatjes
,
Science
335
,
204
(
2012
).
8.
C. A.
Taatjes
,
O.
Welz
,
A. J.
Eskola
,
J. D.
Savee
,
A. M.
Scheer
,
T. M.
Selby
,
D. E.
Shallcross
,
B.
Rotavera
,
E. P. F.
Lee
,
J. M.
Dyke
,
D. K. W.
Mok
,
D. L.
Osborn
, and
C. J.
Percival
,
Science
340
,
177
(
2013
).
9.
R. L.
Mauldin
 III
,
T.
Berndt
,
M.
Sipilä
,
P.
Paasonen
,
T.
Petäjä
,
S.
Kim
,
T.
Kurtén
,
F.
Stratmann
,
V.-M.
Kerminen
, and
M.
Kulmala
,
Nature
488
,
193
(
2012
).
10.
P. T. M.
Carlsson
,
C.
Keunecke
,
B. C.
Krüger
,
M.-C.
Maaß
, and
T.
Zeuch
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
14
,
15637
(
2012
).
11.
J.
Ahrens
,
P. T. M.
Carlsson
,
N.
Hertl
,
M.
Olzmann
,
M.
Pfeifle
,
J. L.
Wolf
, and
T.
Zeuch
,
Angew. Chem., Int. Ed.
53
,
715
(
2014
).
12.
R. A.
Cox
and
S. A.
Penkett
,
Nature
230
,
321
(
1971
).
13.
S.
Hatakeyama
,
H.
Kobayashi
, and
H.
Akimoto
,
J. Phys. Chem.
88
,
4736
(
1984
).
14.
D.
Johnson
,
A. G.
Lewin
, and
G.
Marston
,
J. Phys. Chem. A
105
,
2933
(
2001
).
15.
J. R.
Pierce
,
M. J.
Evans
,
C. E.
Scott
,
S. D.
D’Andrea
,
D. K.
Farmer
,
E.
Swietlicki
, and
D. V.
Spracklen
,
Atmos. Chem. Phys.
13
,
3163
(
2013
).
16.
G.
Sarwar
,
K.
Fahey
,
R.
Kwok
,
R. C.
Gilliam
,
S. J.
Roselle
,
R.
Mathur
,
J.
Xue
,
J.
Yu
, and
W. P. L.
Carter
,
Atmos. Environ.
68
,
186
(
2013
).
17.
T.
Berndt
,
T.
Jokinen
,
R. L.
Mauldin
 III
,
T. T.
Petäjä
,
H.
Herrmann
,
H.
Junninen
,
P.
Paasonen
,
D. R.
Worsnop
, and
M.
Sipilä
,
J. Phys. Chem. Lett.
3
,
2892
(
2012
).
18.
P. T. M.
Carlsson
,
J. E.
Dege
,
C.
Keunecke
,
B. C.
Krüger
,
J. L.
Wolf
, and
T.
Zeuch
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
14
,
11695
(
2012
).
19.
J. L.
Wolf
,
S.
Richters
,
J.
Pecher
, and
T.
Zeuch
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
13
,
10952
(
2011
).
20.
K.
Hoyermann
,
F.
Mauß
,
M.
Olzmann
,
O.
Welz
, and
T.
Zeuch
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
19
,
18128
(
2017
).
21.
J.
Treacy
,
M. E.
Hag
,
D.
O’Farrell
, and
H.
Sidebottom
,
Ber. Bunsengesellschaft Phys. Chem.
96
,
422
(
1992
).
22.
J. D.
Fenske
,
A. S.
Hasson
,
A.
Ho
, and
S. E.
Paulson
,
J. Phys. Chem. A
104
,
9921
(
2000
).
23.
J. L.
Wolf
,
Mechanismen der Partikelbildung bei der Ozonolyse von Alkenen
(
Logos Verlag
,
Berlin
,
2010
).
24.
J.
Peeters
,
W.
Boullart
,
V.
Pultau
,
S.
Vandenberk
, and
L.
Vereecken
,
J. Phys. Chem. A
111
,
1618
(
2007
).
25.
D. L.
Baulch
,
C. J.
Cobos
,
R. A.
Cox
,
C.
Esser
,
P.
Frank
,
T.
Just
,
J. A.
Kerr
,
M. J.
Pilling
,
J.
Troe
,
R. W.
Walker
, and
J.
Warnatz
,
J. Phys. Chem. Ref. Data
21
,
411
(
1992
).
26.
U.
Maas
and
J.
Warnatz
,
Combust. Flame
74
,
53
(
1988
).
27.
H.
Somnitz
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
6
,
3844
(
2004
).
28.
R.
Atkinson
,
D. L.
Baulch
,
R. A.
Cox
,
J. N.
Crowley
,
R. F.
Hampson
,
R. G.
Hynes
,
M. E.
Jenkin
,
M. J.
Rossi
, and
J.
Troe
,
Atmos. Chem. Phys.
4
,
1461
(
2004
).
29.
T.
Reiner
and
F.
Arnold
,
J. Chem. Phys.
101
,
7399
(
1994
).
30.
J. M.
Anglada
,
S.
Olivella
, and
A.
Solé
,
J. Phys. Chem. A
110
,
1982
(
2006
).
31.
LOGEresearch,
2017
.
32.
R.
Atkinson
and
S. M.
Aschmann
,
Environ. Sci. Technol.
27
,
1357
(
1993
).
33.
S. M.
Kathmann
,
G. K.
Schenter
, and
B. C.
Garrett
,
J. Chem. Phys.
120
,
9133
(
2004
).
34.
F.
Gelbard
,
Aerosol Sci. Technol.
12
,
399
(
1990
).
35.
C.-Y.
Wu
and
P.
Biswas
,
Aerosol Sci. Technol.
29
,
359
(
1998
).
36.
D. M.
Murphy
,
D. J.
Cziczo
,
P. K.
Hudson
,
M. E.
Schein
, and
D. S.
Thomson
,
J. Aerosol Sci.
35
,
135
(
2004
).
37.
T. W.
Chan
and
M.
Mozurkewich
,
J. Aerosol Sci.
32
,
321
(
2001
).
38.
M. G.
Sceats
,
J. Colloid Interface Sci.
129
,
105
(
1989
).
39.
M.
von Smoluchowski
,
Z. Phys. Chem.
92
,
129
(
1918
).
40.
J.
Seinfeld
and
S. N.
Pandis
,
Atmospheric Chemistry and Physics: From Air Pollution to Climate Change
, 2nd ed. (
Wiley
,
Hoboken, New Jersey
,
2006
).
41.
D. R.
Lide
,
Handbook of Chemistry and Physics
(
CRC Press
,
1996
).
42.
N. A.
Fuchs
and
A. G.
Sutugin
, “
High dispersed aerosols
,” in
Topics in Current Aerosol Research (Part 2)
(
Pergamon
,
New York
,
1971
), pp.
1
200
.
43.
K. E. J.
Lehtinen
and
M.
Kulmala
,
Atmos. Chem. Phys.
3
,
251
(
2003
).
44.
M.
Sitarski
and
B.
Nowakowski
,
J. Colloid Interface Sci.
72
,
113
(
1979
).
45.
L.
Monchick
and
R.
Blackmore
,
J. Aerosol Sci.
19
,
273
(
1988
).
46.
D. R.
Hanson
and
F.
Eisele
,
J. Phys. Chem. A
104
,
1715
(
2000
).
47.
P.
Davidovits
,
C. E.
Kolb
,
L. R.
Williams
,
J. T.
Jayne
, and
D. R.
Worsnop
,
Chem. Rev.
111
,
PR76
(
2011
).
48.
U.
Pöschl
,
M.
Canagaratna
,
J. T.
Jayne
,
L. T.
Molina
,
D. R.
Worsnop
,
C. E.
Kolb
, and
M. J.
Molina
,
J. Phys. Chem. A
102
,
10082
(
1998
).
49.
D. R.
Hanson
,
J. Phys. Chem. A
109
,
6919
(
2005
).
50.
A.
Jefferson
,
F. L.
Eisele
,
P. J.
Ziemann
,
R. J.
Weber
, and
J. J.
Marti
,
J. Geophys. Res.: Atmos.
102
,
19021
, https://doi.org/10.1029/97jd01152 (
1997
).
51.
R.
van Dingenen
and
F.
Raes
,
Aerosol Sci. Technol.
15
,
93
(
1991
).
52.
C. F.
Clement
and
I. J.
Ford
,
Atmos. Environ.
33
,
475
(
1999
).
53.
T.
Kurtén
,
C.
Kuang
,
P.
Goméz
,
P. H.
McMurry
,
H.
Vehkamäki
,
I.
Ortega
,
M.
Noppel
, and
M.
Kulmala
,
J. Chem. Phys.
132
,
024304
(
2010
).
54.
G. K.
Schenter
,
S. M.
Kathmann
, and
B. C.
Garrett
,
J. Chem. Phys.
116
,
4275
(
2002
).
55.
I. K.
Ortega
,
O.
Kupiainen
,
T.
Kurtén
,
T.
Olenius
,
O.
Wilkman
,
M. J.
McGrath
,
V.
Loukonen
, and
H.
Vehkamäki
,
Atmos. Chem. Phys.
12
,
225
(
2012
).
56.
T.
Olenius
,
S.
Schobesberger
,
O.
Kupiainen-Määttä
,
A.
Franchin
,
H.
Junninen
,
I. K.
Ortega
,
T.
Kurtén
,
V.
Loukonen
,
D. R.
Worsnop
,
M.
Kulmala
, and
H.
Vehkamäki
,
Faraday Discuss.
165
,
75
(
2013
).
57.
H.
Henschel
,
J. C.
Acosta Navarro
,
T.
Yli-Juuti
,
O.
Kupiainen-Määttä
,
T.
Olenius
,
I. K.
Ortega
,
S. L.
Clegg
,
T.
Kurtén
,
I.
Riipinen
, and
H.
Vehkamäki
,
J. Phys. Chem. A
118
,
2599
(
2014
).
You do not currently have access to this content.