Un descubrimiento sobre Titán, la luna de Saturno, ha desafiado lo que los científicos pensaban que era una regla básica de la química.
Allí, en condiciones de frío extremo, algunas moléculas supuestamente fundamentalmente incompatibles pueden combinarse para formar sólidos que nunca antes se habían visto en el Sistema Solar, sugiere una nueva investigación.
Es probable que esta materia alienígena, según un equipo dirigido por el químico Fernando Izquierdo-Ruiz de la Universidad Tecnológica de Chalmers en Suecia, abunda en Titán.
“Estos son hallazgos muy interesantes que pueden ayudarnos a comprender algo a muy gran escala, una luna [Titan] tan grande como el planeta Mercurio”, afirma el químico Martin Rahm de la Universidad Tecnológica de Chalmers.
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Titán es un pequeño rincón fascinante del Sistema Solar. Sus lagos de metano e hidrocarburos contienen una química compleja tentadoramente cercana a la química prebiótica necesaria para generar vida. Eso no significa que la vida sea posible allí, pero sí presenta una oportunidad para comprender las condiciones en las que la vida podría surgir potencialmente.
Una piedra angular particular de la química prebiótica es el cianuro de hidrógeno, que, en las condiciones adecuadas, forma compuestos que pueden convertirse en los componentes básicos de la vida, como las nucleobases y los aminoácidos. El cianuro de hidrógeno abunda en Titán.
También es una molécula fuertemente polar y tiene una distribución desigual de electrones que le da una carga desequilibrada.
Por regla general, las moléculas polares y apolares, como el metano y el etano en Titán, tienden a repelerse entre sí. Se requiere más energía para unirlos que para mantenerlos separados. Este es el mecanismo exacto que evita que el agua (polar) se mezcle con el aceite (no polar).
La investigación de los investigadores sobre el probable comportamiento del cianuro de hidrógeno en Titán comenzó cuando los científicos del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA intentaron descubrir qué sucede después de que la molécula se forma en la atmósfera de Titán.
Realizaron experimentos a temperaturas de aproximadamente -180 grados Celsius (-292 Fahrenheit), consistentes con las temperaturas de la superficie de Titán. En este frío extremo, el cianuro de hidrógeno es un cristal, mientras que el metano y el etano están en forma líquida.
Después de ejecutar el experimento y analizar las mezclas resultantes, los investigadores de la NASA pudieron decir que algo había cambiado, pero no estaban seguros de qué, por lo que reclutaron a los químicos de Chalmers.
“Esto condujo a una interesante colaboración teórica y experimental entre Chalmers y la NASA”, dice Rahm. “La pregunta que nos hicimos era un poco descabellada: ¿Se pueden explicar las mediciones mediante una estructura cristalina en la que se mezcla metano o etano con cianuro de hidrógeno? Esto contradice una regla química: “lo similar se disuelve”, lo que básicamente significa que no debería ser posible combinar estas sustancias polares y no polares”.
La configuración experimental fue similar: una cámara ajustada a una temperatura de alrededor de -180 grados Celsius, en la que los investigadores cultivaron cristales de cianuro de hidrógeno. En este entorno, introdujeron metano, etano, propano y butano, utilizando espectroscopia Raman para registrar cómo vibran las moléculas.
Registraron cambios pequeños, pero distintos, en las oscilaciones del cianuro de hidrógeno después de la exposición al metano y al etano, lo que indica que estas sustancias incompatibles no sólo estaban colgadas una al lado de la otra, sino que interactuaban.
Las direcciones de estos cambios sugirieron que los enlaces de hidrógeno en el cianuro de hidrógeno estaban siendo sutilmente fortalecidos, doblados y estirados por el metano y el etano.
A continuación, el equipo recurrió a modelos informáticos para confirmar sus sospechas: el metano y el etano se habían deslizado entre los huecos de la red cristalina de cianuro de hidrógeno, combinándose para formar estructuras conocidas como cocristales que permanecen estables a temperaturas similares a las de Titán.
frameborder=”0″ enable=”accelerómetro; reproducción automática; escritura en portapapeles; medios cifrados; giroscopio; imagen en imagen; compartir web” referrerpolicy=”origen-estricto-cuando-origen-cruzado” enablefullscreen>En condiciones similares a las de Titán, concluyeron los investigadores, las moléculas no se mueven térmicamente como lo hacen a temperaturas más altas, lo que permitió que el metano y el etano penetraran el hidrocianuro, mostrando cómo las moléculas que generalmente se odian entre sí pueden interactuar y combinarse.
“El descubrimiento de la interacción inesperada entre estas sustancias podría afectar la forma en que entendemos la geología de Titán y sus extraños paisajes de lagos, mares y dunas de arena”, afirma Rahm.
Es posible que tengamos que esperar unos años antes de que se pueda confirmar la importancia de esta extraña química, desafortunadamente, ya que no se espera que la sonda Dragonfly toque tierra en la extraña luna de Saturno hasta 2034.
“Hasta entonces, estas estructuras representan un humilde recordatorio de cuán sorprendente puede ser la química fundamental”, escriben los investigadores.
En trabajos futuros, los investigadores esperan descubrir qué otras sustancias no polares podrían funcionar bien con el cianuro de hidrógeno si las condiciones son las adecuadas.
La investigación ha sido publicada en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias.