MADRID, 7 Mar. (EUROPA PRESS) -
El carbonatado de la naturaleza, la química dinámica que involucra a dióxido de carbono (CO2), carbonato (CO32-), bicarbonato (HCO3-) y ácido carbónico (H2CO3), es vital en la biosfera.
El carbonato, el bicarbonato y el ácido carbónico emergen cuando el dióxido de carbono atmosférico se disuelve en los océanos, que es el sumidero más grande de este gas de efecto invernadero.
Los investigadores están interesados en entender mejor el sistema de carbonatos para potencialmente ayudar a facilitar los esquemas de secuestro de carbono, especialmente con los minerales de enlace de carbono, con el fin de mitigar el cambio climático. El sistema de carbonato es también central para los sistemas de respiración biológica, otra razón por la cual los científicos están interesados en esta química.
Recientemente, un grupo de químicos de la Universidad de California en Berkeley, en Estados Unidos, se asoció con científicos del 'Lawrence Berkeley National Laboratory' (LBNL), también estadounidense, y realizó descubrimientos sobre el comportamiento de las especies de carbonato en las superficies de agua salada, como la del océano, tal y como explican en un artículo que se publica esta semana en 'The Journal of Chemical Physics'.
Según uno de los autores del documento, el profesor de Química de UC Berkeley Richard Saykally, una fuerte motivación para esta investigación fue entender los procesos químicos involucrados en el secuestro de carbono. Estos expertos encontraron que mientras el ácido carbónico neutro estaba más fuertemente presente en la superficie, como era de esperar, el ión carbonato más cargado era más abundante que el bicarbonato más débil.
"Queremos avanzar de manera general en nuestra comprensión del ciclo global del carbono --dice Saykally--. Los aspectos de este ciclo en el que nos hemos centrado empiezan con el dióxido de carbono en la atmósfera que se disuelve en agua salada, seguido de una química muy interesante".
El dióxido de carbono es capturado por la superficie del agua e hidratado para formar ácido carbónico o bicarbonato, que luego puede ionizarse en bicarbonato o carbonato, donde el carbonato puede reaccionar con iones de magnesio o calcio disueltos para formar piedra caliza. "Queremos conocer todos los pasos que van desde el dióxido de carbono gaseoso en la atmósfera hasta la piedra caliza --señala Saykally--. Nuestro objetivo es entender todos los detalles en todos los pasos de ese proceso".
El coautor del artículo Royce Lam, que lideró gran parte de la investigación, quería basarse en exámenes anteriores de la estructura de hidratación de las especies del sistema carbónico, centrándose en la abundancia relativa de especies de carbonatos en la superficie líquida.
SONDEO A DIFERENTES PROFUNDIDADES EN LA SUPERFICIE DEL AGUA
En colaboración con el doctor Hendrik Bluhm, Lam y coautores de LBNL hicieron uso de la línea de luz de espectroscopia de fotoemisión a presión ambiente (APPES, por sus siglas en inglés) en el sincrotrón de Luz Avanzada del LBNL para realizar mediciones de espectroscopia de fotoemisión de rayos X (XPS), una forma de investigar la composición molecular de los materiales utilizando un haz intenso de rayos X de alta energía.
El sistema XPS les permitió investigar diferentes aspectos del sistema de carbonato al que antes no podían acceder. "Lo que es especial acerca de XPS es que nos permite sondear a diferentes profundidades en la superficie del agua --subraya Lam--. Es uno de los pocos haces de luz en el mundo que pueden hacer esta clase de experimentos con líquidos".
Para las muestras, Lam combinó soluciones de las especies de carbonato y el ácido clorhídrico, que fortuitamente se parecía al sistema oceánico. Con un dispositivo de inyección de líquido, los investigadores inyectaron estas muestras en una cámara de vacío y las analizaron bajo múltiples energías de rayos X para deducir la abundancia relativa de las especies de carbonato de los electrones fotoemitidos.
En la superficie del líquido, tanto el carbonato como el ácido carbónico eran más abundantes que el biocarbonato. La sorpresa más significativa fue que el carbonato más cargado era más abundante en la superficie que el bicarbonato menos cargado, lo cual está en conflicto con las expectativas de los modelos teóricos existentes.
Esto plantea una importante pregunta sobre el lugar en el que podría estar el bicarbonato moviéndose en el sistema, con la posibilidad de que el carbonato podría ser un "emparejamiento de iones" con el sodio, cambiando la química, y haciendo que el bicarbonato se mueva a profundidades más bajas.
"Todavía estamos trabajando en la teoría y esperamos que este documento estimule más discusiones teóricas que realmente puedan dar una visión definitiva sobre lo que está sucediendo aquí", dice Lam, quien espera que esta investigación también conduzca a un examen más directo sobre las posibilidades de secuestro de carbono.
"Por lo tanto, el siguiente paso sería buscar más en el apareamiento de iones y, esencialmente, en la formación de piedra caliza o minerales, específicamente, mirando la interacción de los iones de calcio y magnesio con carbonato", añade Lam.
Saykally considera que esta investigación se relaciona con todo el sistema de la química acuosa del carbonato, con aplicaciones que van desde el secuestro de carbono a la investigación biomédica. "Para lograr este tipo de avances, hay que conocer todos los detalles de la química involucrados en todas las etapas del sistema de agua-carbonato -plantea Saykally--. Es una química muy intrincada con profundas implicaciones prácticas".
