Durante casi medio siglo, los astrofísicos y los químicos orgánicos han estado a la caza de los orígenes de C 6 H 6 , el anillo de benceno, una elegante molécula hexagonal compuesta por 6 átomos de carbono y 6 átomos de hidrógeno.
Los astrofísicos dicen que el anillo de benceno podría ser el bloque de construcción fundamental de los hidrocarburos aromáticos policíclicos o PAH, los materiales más básicos formados a partir de la explosión de estrellas moribundas ricas en carbono. Esa masa arremolinada de materia eventualmente daría forma a las formas más tempranasde carbono: precursores de moléculas que, según algunos científicos, están conectados con la síntesis de las primeras formas de vida en la Tierra.
Paradójicamente, los PAH también tienen un lado oscuro. Los procesos industriales detrás de las refinerías de petróleo crudo y el funcionamiento interno de los motores de combustión a gas pueden emitir PAH, que pueden convertirse en una bola de nieve en contaminantes tóxicos del aire como el hollín.
Exactamente cómo se formó el primer anillo de benceno a partir de estrellas en el universo temprano, y cómo los motores de combustión desencadenan la reacción química que altera el anillo de benceno en contaminantes de partículas de hollín, han desconcertado a los científicos durante mucho tiempo.
Pero ahora, los investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley Berkeley Lab, la Universidad de Hawai en Manoa y la Universidad Internacional de Florida han demostrado la primera medición en tiempo real, utilizando métodos de laboratorio, de partículas inestables llamadas radicales libres que reaccionan bajocondiciones cósmicas, lo que hace que los átomos de carbono e hidrógeno elementales se fusionen en anillos de benceno primarios.
Los investigadores dicen que sus hallazgos, publicados recientemente en la revista avances científicos , son clave para comprender cómo evolucionó el universo con el crecimiento de compuestos de carbono. Esa información también podría ayudar a la industria automotriz a fabricar motores de combustión más limpios.
Un tipo de radical libre llamado radical propargilo C 3 H 3 es extremadamente reactivo debido a su propensión a perder un electrón y ha estado implicado en la formación de hollín durante décadas.Los investigadores creían que la recombinación de dos radicales propargilo libres, C 3 H 3 · + C 3 H 3 ·, dio lugar al primer anillo aromático, benceno.
El estudio actual es la primera demostración de la llamada "autorreacción radical del propargilo" en condiciones astroquímicas y de combustión. Utilizando un reactor químico de alta temperatura del tamaño de una moneda llamado "boquilla caliente", los investigadores simularon la alta temperaturapresión, ambiente de alta temperatura dentro de un motor de combustión, así como la atmósfera rica en hidrocarburos de Titán, la luna de Saturno, y observó la formación de isómeros moléculas con la misma fórmula química pero diferentes estructuras atómicas a partir de dos radicales propargilo que conducenal anillo de benceno.
La técnica de boquilla caliente, que el coautor principal Musahid Ahmed, científico senior de la División de Ciencias Químicas de Berkeley Lab, adaptó hace 10 años en la Fuente de luz avanzada ALS de Berkeley Lab para experimentos de sincrotrón, se basa en ultravioleta de vacío VUVespectroscopía para detectar isómeros individuales. El ALS es un tipo de acelerador de partículas conocido como sincrotrón que genera haces de luz extremadamente brillantes que van desde infrarrojos hasta rayos X.
Los investigadores dirigieron la técnica para detener la autorreacción del radical propargilo, que se desarrolla en microsegundos, justo antes de los PAH más grandes y la posterior forma de hollín. El resultado convincente respalda las predicciones de los experimentos dirigidos por el coautor principal Ralf Kaiser, profesorquímica en la Universidad de Hawaii en Manoa, y simulaciones de química cuántica formuladas por el coautor principal Alexander Mebel, profesor de química en la Universidad Internacional de Florida.
Creen que el hallazgo podría algún día conducir a motores de combustión más limpios. Tener motores de gas más eficientes, dicen algunos analistas, sigue siendo importante, porque pueden pasar otros 25 años antes de que podamos reemplazar toda la flota de coches de gas con vehículos eléctricosAdemás, equipar los aviones y el componente de gasolina de los vehículos eléctricos híbridos enchufables con motores de combustión más limpios podría ayudar a reducir el CO 2 emisiones que contribuyen al cambio climático.
Ahmed dijo que planea extender los métodos empleados para estudiar el crecimiento de PAH y sondear otros sistemas de relevancia para la misión del DOE, como la desalinización de agua y la ciencia ambiental.
"También nos gustaría ir a atrapar un buckyball, C 60 , una de las mayores pistas de la naturaleza sobre los secretos detrás de la simetría ", dijo Ahmed.
Kaiser agregó que su investigación podría ayudar a los astrónomos a trazar un mapa de carbono del universo y a concentrarse en los orígenes cósmicos detrás de los marcos de carbono del ADN.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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