martes, 1 de junio de 2010

Redox en el espacio.


De vez en cuando aparecen noticias sobre el descubrimiento de tal o cual compuesto en una nube interestelar y, habitualmente, se aporta una explicación más o menos alambicada para poder hablar de la posibilidad de que dicho compuesto tenga alguna relación con el origen de la vida, por remota que ésta sea. Y, sin embargo, aún no se ha hecho una identificación positiva de una molécula que pueda ser considerada como precursora de los organismos vivos, al menos de los terrícolas.

Desde un punto de vista objetivo, el hecho cierto es que existe una colección de compuestos bastante rica en los espacios entre las estrellas, lo que nos lleva a la pregunta, ¿cómo se sintetizan estos compuestos en unas condiciones que, en principio, no favorecen las reacciones químicas termodinámicamente? Daren Caruana y Katherine Holt, del University College de Londres, afirman, en un artículo que aparece en Physical Chemistry Chemical Physics, que la clave está en el polvo interestelar y su participación en reacciones de oxidación-reducción.

En su mayor parte el espacio entre las estrellas (espacio interestelar, EIE) es un vacío salpimentado ligeramente con átomos y moléculas. Sin embargo, en ciertas regiones se forman altas concentraciones de especies químicas formando nubes densas que también contienen polvo. Estas nubes de polvo parecen ser un centro de incubación para la síntesis de una gran variedad de especies moleculares. Se han identificado más de 140 especies moleculares en nubes de polvo usando una variedad de técnicas espectroscópicas. Para el estudio de la formación de estas especies se han desarrollado modelos por ordenador muy sofisticados, que describen la abundancia de especies químicas presentes en las nubes. A pesar de ello, estos modelos son incapaces de describir la formación de muchas moléculas poliatómicas, y su origen sigue siendo uno de los grandes enigmas de la química interestelar.

En astroquímica está generalmente aceptado que los granos de polvo están implicados en la síntesis de moléculas poliatómicas complejas. Así, por ejemplo, el hidrógeno molecular (H2), la molécula más abundante en el EIE, se forma en la superficie de los granos. Hasta ahora los modelos por ordenador asumen que los granos de polvo actúan sólo como superficies propicias, en las que los reactivos son adsorbidos [con D de Dinamarca] antes de reaccionar. Pero es posible que los granos de polvo tengan un papel más activo según Caruana y Holt.

La hipótesis que plantean estos investigadores se basa en la relación entre la síntesis química en la superficie de los granos con la carga eléctrica que los granos adquieren mediante conocidos fenómenos físicos del EIE. Los granos individuales pueden ser cargados negativamente por electrones en áreas de fuerte ionización del gas de la nube, o cargados positivamente en la periferia de la nube de polvo donde la radiación electromagnética es lo suficientemente potente como para expulsar los electrones de los granos.

Desde un punto de vista químico, las superficies cargadas eléctricamente pueden ser reductoras cuando son negativas y oxidantes cuando son positivas. Por tanto, dependiendo de los procesos de carga, el equilibrio de electrones en la superficie de los granos puede provocar reacciones de reducción o de oxidación, reacciones que de otra forma estarían impedidas termodinámicamente.

Por el momento se sabe poco de las reacciones redox (oxidación-reducción) en la interfase sólido gas, pero combinando lo que sí se conoce de los procesos redox en la interfase sólido-líquido, esta hipótesis puede desarrollarse para formular un mecanismo que implique a los granos de polvo del EIE. En éste los granos individuales actuarían como un reactor electroquímico de “un solo electrodo” en la fase gas. El número de electrones en el grano cambiaría el potencial químico global (el nivel de Fermi); por ejemplo, para un grano de polvo de 10 nm de diámetro la unión de 32 electrones cambia el potencial químico en 1 eV. Un voltaje de esta magnitud aplicado a una superficie conductora sólida se sabe que es capaz de producir muchas reacciones electroquímicas en fase líquida. Por lo tanto, es probable que una interfaz polarizada en la fase gas pueda provocar reacciones químicas similares.

Los autores también especulan con la posibilidad de que la síntesis de las moléculas más grandes (de más de 6 átomos) se produzca en lugares distintos de la nube de polvo en una sucesión de reacciones redox (oxidaciones unas veces, reducciones otras).

Una vez que se desarrolle completamente este mecanismo electroquímico, en conjunción con otros modelos para la fase gaseosa, quizás sea capaz de explicar las inesperadas abundancias observadas de algunas especies químicas poliatómicas. Y, ¿por qué no también la química de las capas altas de la atmósfera?

Referencia:

Caruana, D., & Holt, K. (2010). Astroelectrochemistry: the role of redox reactions in cosmic dust chemistry Physical Chemistry Chemical Physics, 12 (13) DOI: 10.1039/b917817a