CALTECH
MADRID, 29 May. (EUROPA PRESS) -
Una reacción química observada en cometas que convierte el dióxido de carbono en oxígeno molecular, puede ayudar a los humanos a explorar el universo e incluso combatir el cambio climático.
Cuando se viaja al espacio, los astronautas tienen que llevar su propio suministro de oxígeno. Se necesita mucha energía para llevarlo fuera de la Tierra y, una vez que se agota, desaparece.
Un lugar en el que el oxígeno molecular aparece fuera de la Tierra se encuentra en las volutas de gas que expulsan cometas. La fuente de ese oxígeno fue un misterio hasta hace dos años, cuando Konstantinos P. Giapis, profesor de ingeniería química en Caltech, y su compañero postdoctoral Yunxi Yao, propusieron la existencia de un nuevo proceso químico que podría explicar su producción.
Giapis, junto con Tom Miller, profesor de química, ahora han demostrado una nueva reacción para generar oxígeno que, según Giapis, podría ayudar a los humanos a explorar el universo y quizás incluso a combatir el cambio climático en casa. Más fundamentalmente, sin embargo, dice que la reacción representa un nuevo tipo de química descubierta al estudiar los cometas.
La mayoría de las reacciones químicas requieren energía, que normalmente se proporciona como calor. La investigación de Giapis muestra que algunas reacciones inusuales pueden ocurrir proporcionando energía cinética. Cuando las moléculas de agua se disparan como balas extremadamente pequeñas en superficies que contienen oxígeno, como arena u óxido, la molécula de agua puede arrancar ese oxígeno para producir oxígeno molecular. Esta reacción ocurre en los cometas cuando las moléculas de agua se evaporan de la superficie y luego son aceleradas por el viento solar hasta que chocan contra el cometa a gran velocidad.
Los cometas, sin embargo, también emiten dióxido de carbono (CO2). Giapis y Yao querían probar si el CO2 también podría producir oxígeno molecular en colisiones con la superficie del cometa. Cuando encontraron O2 en la corriente de gases que salían del cometa, querían confirmar que la reacción era similar a la reacción del agua. Diseñaron un experimento para hacer que el CO2 se estrellara contra la superficie inerte de la lámina de oro, que no se puede oxidar y no debería producir oxígeno molecular. No obstante, el O2 continuó emitiéndose desde la superficie de oro. Esto significaba que ambos átomos de oxígeno proceden de la misma molécula de CO2, dividiéndose efectivamente de una manera extraordinaria.
"En ese momento pensamos que sería imposible combinar los dos átomos de oxígeno de una molécula de CO2 juntos porque el CO2 es una molécula lineal, y tendrías que doblar la molécula severamente para que funcione", dice Giapis en un comunicado.
Para comprender el mecanismo de cómo el CO2 se descompone en oxígeno molecular, Giapis se acercó a Miller y su compañero postdoctoral Philip Shushkov, quien diseñó simulaciones por computadora de todo el proceso. La comprensión de la reacción plantea un reto importante debido a la posible formación de moléculas excitadas. Estas moléculas tienen tanta energía que sus átomos constituyentes vibran y giran alrededor de un enorme grado. Todo ese movimiento hace que la simulación de la reacción en una computadora sea más difícil porque los átomos dentro de las moléculas se mueven de formas complejas.
"En general, las moléculas excitadas pueden llevar a una química inusual, así que empezamos con eso", dice Miller. "Pero, para nuestra sorpresa, el estado de excitación no creó oxígeno molecular. En cambio, la molécula se descompuso en otros productos. En última instancia, encontramos que también se puede formar un CO2 sin excitar la molécula, y eso podría producir O2".
NUEVO DISPOSITIVO
El aparato diseñado por Giapis para realizar la reacción funciona como un acelerador de partículas, convirtiendo las moléculas de CO2 en iones al darles una carga y luego acelerarlas utilizando un campo eléctrico, aunque con energías mucho más bajas que las que se encuentran en un acelerador de partículas. Sin embargo, agrega que tal dispositivo no es necesario para que ocurra la reacción.
Eso podría explicar la presencia de pequeñas cantidades de oxígeno que se han observado en la alta atmósfera de Marte. Se ha especulado que el oxígeno es generado por la luz ultravioleta del sol que golpea el CO2, pero Giapis cree que el oxígeno también es generado por partículas de polvo de alta velocidad que chocan con las moléculas de CO2.
Espera que una variación de su reactor se pueda usar para hacer lo mismo en escalas más útiles, tal vez algún día sirva como fuente de aire respirable para los astronautas en Marte o se use para combatir el cambio climático mediante la extracción de CO2, un gas de efecto invernadero, fuera de la atmósfera terrestre y convirtiéndola en oxígeno. Sin embargo, reconoce que ambas aplicaciones están muy lejos porque la versión actual del reactor tiene un bajo rendimiento, creando solo una o dos moléculas de oxígeno por cada 100 moléculas de CO2 que se disparan a través del acelerador.
"¿Es un dispositivo final? No. ¿Es un dispositivo que puede resolver el problema con Marte? No. Pero es un dispositivo que puede hacer algo que es muy difícil", dice. "Estamos haciendo algunas locuras con este reactor".
El artículo que describe los hallazgos del equipo se publica en Nature Communications.
