Las historias de ciencia ficción están repletas de esquemas de terraformación y generadores de oxígeno por una muy buena razón: los humanos necesitamos oxígeno molecular O 2 para respirar, y el espacio está esencialmente desprovisto de él.Incluso en otros planetas con atmósferas espesas, O 2 es difícil de encontrar
Entonces, cuando exploramos el espacio, necesitamos traer nuestro propio suministro de oxígeno. Eso no es ideal porque se necesita mucha energía para elevar las cosas al espacio sobre un cohete, y una vez que se acaba el suministro, se va.
Un lugar donde el oxígeno molecular aparece fuera de la Tierra es en los mechones de gas que salen de los cometas. La fuente de ese oxígeno siguió siendo un misterio hasta hace dos años cuando Konstantinos P. Giapis, profesor de ingeniería química en Caltech, y su postdoctoralSu compañero Yunxi Yao, propuso 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 Giapis dice que podría ayudar a los humanos a explorar el universo y tal vezincluso luchar contra el cambio climático en casa. Sin embargo, más fundamentalmente, dice que la reacción representa un nuevo tipo de química descubierta al estudiar los cometas.
La mayoría de las reacciones químicas requieren energía, que generalmente se proporciona como calor. La investigación de Giapis muestra que pueden producirse reacciones inusuales al proporcionar energía cinética. Cuando las moléculas de agua se disparan como balas extremadamente pequeñas sobre superficies que contienen oxígeno, como arena u óxido, elLa molécula de agua puede extraer 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 vuelven a chocar contra el cometa a gran velocidad.
Los cometas, sin embargo, también emiten dióxido de carbono CO 2 .Giapis y Yao querían probar si CO 2 también podría producir oxígeno molecular en colisiones con la superficie del cometa. Cuando encontraron O 2 en la corriente de gases que salen del cometa, querían confirmar que la reacción fue similar a la reacción del agua. Diseñaron un experimento para bloquear el CO 2 sobre la superficie inerte de la lámina de oro, que no puede oxidarse y no debe producir oxígeno molecular. No obstante, O 2 continuó emitiéndose desde la superficie de oro. Esto significaba que ambos átomos de oxígeno provienen del mismo CO 2 molécula, dividiéndola efectivamente de una manera extraordinaria.
"En ese momento pensamos que sería imposible combinar los dos átomos de oxígeno de un CO 2 molécula junta porque CO 2 es una molécula lineal, y tendrías que doblar la molécula severamente para que funcione ", dice Giapis." Estás haciendo algo realmente drástico para la molécula ".
Para comprender el mecanismo de cómo CO 2 se descompone en oxígeno molecular, Giapis se acercó a Miller y su compañero posdoctoral Philip Shushkov, quienes diseñaron simulaciones por computadora de todo el proceso. Comprender la reacción planteó un desafío importante debido a la posible formación de moléculas excitadas. Estas moléculas tienen tanta energía quesus átomos constituyentes vibran y giran en gran medida. Todo ese movimiento hace que simular 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 conducir a una química inusual, así que comenzamos con eso", dice Miller. "Pero, para nuestra sorpresa, el estado excitado no creó oxígeno molecular. En cambio, la molécula se descompuso en otros productos. Finalmente, encontramos que un CO severamente doblado 2 también se puede formar sin excitar la molécula, y eso podría producir O 2 . "
El aparato Giapis diseñado para realizar la reacción funciona como un acelerador de partículas, girando el CO 2 moléculas en iones dándoles una carga y luego acelerándolas usando un campo eléctrico, aunque a energías mucho más bajas que las que se encuentran en un acelerador de partículas. Sin embargo, agrega que dicho dispositivo no es necesario para que ocurra la reacción.
"Podría arrojar una piedra con suficiente velocidad a un poco de CO 2 y lograr lo mismo ", dice." Tendría que viajar tan rápido como un cometa o un asteroide viaja por el espacio ".
Eso podría explicar la presencia de pequeñas cantidades de oxígeno que se han observado en la atmósfera marciana. Se ha especulado que el oxígeno está siendo generado por la luz ultravioleta del sol que golpea el CO 2 pero Giapis cree que el oxígeno también es generado por partículas de polvo de alta velocidad que chocan con CO 2 moléculas
Espera que se pueda usar una variación de su reactor para hacer lo mismo a escalas más útiles, tal vez algún día sirviendo como fuente de aire respirable para los astronautas en Marte o se use para combatir el cambio climático al extraer CO 2 , un gas de efecto invernadero, sale de la atmósfera de la Tierra y lo convierte en oxígeno. Sin embargo, reconoce que ambas aplicaciones están muy lejos porque la versión actual del reactor tiene un bajo rendimiento, creando solo uno o dos oxígenomoléculas por cada 100 CO 2 moléculas disparadas 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 locurascon este reactor "
El artículo que describe los hallazgos del equipo, titulado "Evolución directa del dioxígeno en colisiones de dióxido de carbono con superficies", aparece en la edición del 24 de mayo de Comunicaciones de la naturaleza . "Los coautores de Caltech incluyen a Tom Miller, profesor de química; Philip Shushkov, investigador postdoctoral en química; y Yunxi Yao, investigador postdoctoral, anteriormente de Caltech. Los fondos para la investigación fueron provistos por la National Science Foundation, la JointCentro de Fotosíntesis Artificial y el Departamento de Energía de EE. UU.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de California . Original escrito por Emily Velasco. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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