Un descubrimiento sobre la luna Titán de Saturno ha desafiado lo que los científicos pensaban que era una regla básica de la química. Allí, en el frío extremo, algunas moléculas supuestamente fundamentalmente incompatibles podrían combinarse para formar sólidos nunca antes vistos en el Sistema Solar, sugiere una nueva investigación. Es probable que esta materia alienígena, según un equipo dirigido por el químico Fernando Izquierdo-Ruiz de la Universidad Tecnológica de Chalmers en Suecia, sea abundante en Titán.
“Estos son hallazgos muy emocionantes que pueden ayudarnos a comprender algo a gran escala, una luna [Titán] tan grande como el planeta Mercurio“, dice el químico Martin Rahm de la Universidad Tecnológica de Chalmers.
Titán es un pequeño y fascinante rincón del Sistema Solar. Sus lagos de metano e hidrocarburos contienen una química compleja, sorprendentemente cercana a la química prebiótica necesaria para el surgimiento de la vida. Esto no significa que la vida sea posible allí, pero sí ofrece la oportunidad de comprender las condiciones en las que podría surgir.
Un pilar fundamental de la química prebiótica es el cianuro de hidrógeno, que, en condiciones adecuadas, forma compuestos que pueden convertirse en los componentes básicos de la vida, como nucleobases y aminoácidos. El cianuro de hidrógeno es abundante en Titán. También es una molécula fuertemente polar, con una distribución desigual de electrones que le confiere una carga asimétrica.
Por regla general, las moléculas polares y apolares, como el metano y el etano de Titán, tienden a repelerse. Se requiere más energía para unirlas que para separarlas. Este es precisamente el mecanismo que impide que el agua (polar) se mezcle con el petróleo (apolar).
La investigación sobre el probable comportamiento del cianuro de hidrógeno en Titán comenzó con los científicos del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA tratando de averiguar qué sucede después de que la molécula se forma en la atmósfera de Titán. Realizaron experimentos a temperaturas de aproximadamente -180°C, similares a las temperaturas superficiales de Titán. A estas temperaturas extremas, el cianuro de hidrógeno es un cristal, mientras que el metano y el etano se encuentran en estado líquido. Después de realizar el experimento y analizar las mezclas resultantes, los investigadores de la NASA pudieron notar que algo había cambiado, pero no estaban seguros de qué, así que reclutaron a los químicos de Chalmers.
“Esto dio lugar a una emocionante colaboración teórica y experimental entre Chalmers y la NASA”, afirma Rahm. “La pregunta que nos planteamos fue un tanto disparatada: ¿Pueden explicarse las mediciones mediante una estructura cristalina en la que el metano o el etano se mezclan con cianuro de hidrógeno? Esto contradice la regla química de que “lo similar se disuelve con lo similar”, lo que básicamente significa que no debería ser posible combinar estas sustancias polares y apolares”.
El montaje experimental fue similar: una cámara a una temperatura de aproximadamente -180°C, en la que los investigadores cultivaron cristales de cianuro de hidrógeno. En este entorno, introdujeron metano, etano, propano y butano, utilizando espectroscopia Raman para registrar la vibración de las moléculas.
Registraron cambios pequeños, pero distintos, en las oscilaciones del cianuro de hidrógeno después de la exposición al metano y al etano, lo que indica que estas sustancias incompatibles no solo estaban juntas, sino que interactuaban. Las direcciones de estos cambios sugerían que los enlaces de hidrógeno en el cianuro de hidrógeno estaban siendo sutilmente fortalecidos, doblados y estirados por el metano y el etano.
A continuación, el equipo recurrió a modelos informáticos para confirmar sus sospechas: el metano y el etano se habían deslizado entre los huecos de la red cristalina del cianuro de hidrógeno, combinándose para formar estructuras conocidas como cocristales que permanecen estables a temperaturas similares a las de Titán.
Los investigadores concluyeron que en condiciones similares a las de Titán, las moléculas no se mueven térmicamente como lo hacen a temperaturas más altas, lo que permitió que el metano y el etano penetraran el cianuro de hidrógeno, mostrando cómo las moléculas que normalmente se odian entre sí pueden interactuar y combinarse.
“El descubrimiento de la interacción inesperada entre estas sustancias podría afectar la forma en que entendemos la geología de Titán y sus extraños paisajes de lagos, mares y dunas de arena”, dice Rahm.
Lamentablemente, es posible que tengamos que esperar algunos años antes de que se pueda confirmar la importancia de esta extraña química, ya que no se espera que la sonda Dragonfly toque tierra en la extraña luna de Saturno hasta 2034.
“Hasta entonces, estas estructuras representan un humilde recordatorio de cuán sorprendente puede ser la química fundamental”, escriben los investigadores.
En trabajos futuros, los investigadores esperan descubrir qué otras sustancias no polares podrían funcionar bien con el cianuro de hidrógeno si las condiciones son las adecuadas.
La investigación ha sido publicada en las Proceedings of the National Academy of Sciences.
Fuente: Science Alert.
