Un grupo de investigación de la Ruhr-Universität Bochum ha investigado cómo los ácidos interactúan con las moléculas de agua a temperaturas extremadamente bajas. Usando análisis espectroscópicos y simulaciones por computadora, investigaron la cuestión de si el ácido clorhídrico (HCl) libera o no su protón en condiciones como las que se encuentran en el espacio interestelar. La respuesta depende del orden en el que se unen las moléculas de agua y ácido clorhídrico.

El grupo dirigido por la profesora Martina Havenith, Cátedra de Química Física II, y el profesor Dominik Marx, Cátedra de Química Teórica, de Ruhr-Universität Bochum, junto con el equipo dirigido por la Dra. Britta Redlich de la Universidad de Radboud, Nijmegen, describe los resultados en la revista Avances de la ciencia , publicado en línea por adelantado el 7 de junio de 2019.

Entender cómo se formaron las moléculas complejas

Si el ácido clorhídrico entra en contacto con moléculas de agua en condiciones normales, como a temperatura ambiente, el ácido se disocia inmediatamente, liberando su protón (H +); queda un ion cloruro (Cl-). El equipo de investigación quería averiguar si el mismo proceso también se lleva a cabo a temperaturas extremadamente bajas por debajo de 10 Kelvin. es decir., por debajo de menos 263,15 grados Celsius. “Nos gustaría saber si la misma química ácido-álcali que conocemos en la Tierra también existe en las condiciones extremas del espacio interestelar, "explica Martina Havenith, ponente del Cluster of Excellence Resolv. "Los resultados son cruciales para comprender cómo se formaron moléculas químicas más complejas en el espacio, mucho antes de que existieran los primeros precursores de la vida".

Para replicar las temperaturas extremadamente bajas en el laboratorio, los investigadores llevaron a cabo las reacciones químicas en una gota de helio superfluido. Supervisaron los procesos utilizando un tipo especial de espectroscopia infrarroja, que puede detectar vibraciones moleculares con bajas frecuencias. Los investigadores utilizaron un láser con un brillo especialmente alto en Nijmegen para esto. Las simulaciones por computadora permitieron a los científicos interpretar los resultados experimentales.

Primero, los investigadores agregaron cuatro moléculas de agua, uno después del otro, a la molécula de ácido clorhídrico. El ácido clorhídrico disociado durante este proceso, donando su protón a una molécula de agua, resultando en un ion hidronio. El ion cloruro restante, el ion hidronio y las otras tres moléculas de agua formaron un grupo.

Sin embargo, si los investigadores primero crearon un grupo similar al hielo a partir de las cuatro moléculas de agua y luego agregaron el ácido clorhídrico, dieron un resultado diferente:la molécula de ácido clorhídrico no se disoció; el protón permaneció unido al ion cloruro.

"En las condiciones que se pueden encontrar en el espacio interestelar, los ácidos pueden así disociarse, pero esto no tiene por qué suceder necesariamente:ambos procesos son dos caras de la misma moneda, por así decirlo, "dice Martina Havenith.

La química en el espacio no es simple

Los investigadores asumieron que el resultado también se puede aplicar a otros ácidos, ya que representa el principio básico de la química en condiciones ultrafrías.

"La química en el espacio no es en absoluto simple; incluso podría ser más compleja que la química en condiciones planetarias, "dice Dominik Marx. Después de todo, depende no solo de las proporciones de mezcla de las sustancias que reaccionan, sino también del orden en que se añaden entre sí. "Este fenómeno debe tenerse en cuenta en futuros experimentos y simulaciones en condiciones ultra frías, "dice el investigador.