Extrañas moléculas en el cielo limpian la lluvia ácida

Steve Tally
news.uns.purdue.edu
Traducción de Ciencia Kanija
12/08/08

Los investigadores han descubierto una inusual molécula que es esencial para la capacidad de la atmósfera de destruir contaminantes, especialmente los componentes que causan la lluvia ácida.

Es la química poco común facilitada por esta molécula, sin embargo, la que atraerá la mayor parte de la atención de los científicos.

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Marsha Lester, Distinguida Profesora Edmund J. Kahn de la Universidad de Pennsylvania, y Joseph Francisco, Distinguido Profesor William E. Moore de Química en la Universidad de Purdue, hallaron la molécula, la cual ha desconcertado y esquivado a los científicos durante más de 40 años.

Un artículo técnico describiendo la molécula se ha publicado esta semana en una edición especial de la revista Proceedings of the National Academy of Science.

De forma similar a cómo un cuerpo humano metaboliza la comida, la atmósfera de la Tierra tiene la capacidad de “quemar”, u oxidar, contaminantes, especialmente óxidos nítricos emitidos por fuentes tales como fábricas y automóviles. Lo que no se oxida en la atmósfera cae a la Tierra de nuevo en forma de lluvia ácida.

“Los detalles químicos de cómo la atmósfera elimina el ácido nítrico han quedado claros ahora”, dice Francisco. “Esto nos da una visión importante sobre este proceso. Sin este conocimiento realmente no podemos comprender las condiciones bajo las que se elimina el ácido nítrico de la atmósfera”.

Francisco dice que el descubrimiento permitirá a los científicos comprender mejor el modelo de cómo los contaminantes reaccionan con la atmósfera y predecir salidas potenciales.

“Esto toma importancia naciones industriales emergentes como China, India y Brasil donde hay fábricas y automóviles que no están regulados”, dice Francisco. “Esta química nos dará una visión sobre el alcance de la preocupación sobre el futuro de la lluvia ácida”.

Lester dice que la molécula había sido teorizada por químicos atmosféricos hace 40 años y que ella y Francisco la habían estado siguiente durante los últimos años.

“Habíamos especulado sobre esta especie atmosférica inusual durante muchos años, por lo que verdad en realidad y aprender sobre sus propiedades fue muy emocionante”, dijo.

Lo que hace a esta molécula tan inusual son sus dos enlaces de hidrógeno, similares a los que se encuentran en el agua.

Los químicos saben que aunque el agua es una de las sustancias más comunes encontradas en el planeta, tiene propiedades poco comunes. Por ejemplo, su forma sólida – el hielo – es más ligera que la forma líquida, y flota. El agua también hierve a mucha mayor temperatura de la esperada a partir de su estructura química.

La causa de este comportamiento extraño son los débiles enlaces de hidrógeno que mantienen unidas las moléculas de agua.

La nueva molécula atmosférica tiene dos enlaces de hidrógeno, lo cual le permite formar una estructura de anillo de seis lados. Los enlaces de hidrógeno son más débiles que los enlaces normales entre átomos de una molécula, que son conocidos como enlaces covalentes. De hecho, los enlaces covalentes son 20 veces más fuertes que los enlaces de hidrógeno. Pero en este caso, estos dos enlaces de hidrógeno son lo bastante fuertes para afectar a la química atmosférica, dice Francisco.

Lester dice que la nueva molécula exhibe sus propiedades poco comunes propias.

“La reacción que implica a esta molécula se realiza más rápido conforme vas hacia temperaturas más bajas, lo cual es contrario a lo que sucede en la mayor parte de las reacciones químicas”, dice. “El índice de la reacción también cambia dependiendo de la presión atmosférica, y la mayoría de reacciones no dependen de la presión externar. La molécula también exhibe propiedades cuánticas inusuales”.

Lester dice que las propiedades poco comunes evitaron que los científicos fuesen capaces de modelar la reacción durante tanto tiempo.

“Esto no es como explicar química a estudiantes de instituto”, comenta.

Francisco dice que el descubrimiento se usará en otras áreas además de la química atmosférica.

“Aquí tenemos una situación en la que estamos estudiando este entorno puramente medioambiental, pero, debido a que los hallazgos son tan fundamentales, puede haber una amplitud de ramificaciones para los sistemas biológicos que dependen de los enlaces de hidrógeno”, dice.

El avance se logró gracias a técnicas de laboratorio basadas en láser en la Universidad de Pennsylvania y los recursos de supercomputación disponibles en Purdue, dice Francisco. El cálculo se realizó en un superordenador SGI Altix operado por la Oficina de Tecnología de la Información en Purdue.

“La clave es saber dónde y cómo identificar las nuevas entidades químicas, y con los recursos de cálculo que tenemos en Purdue podemos ayudar a identificar procesos dentro de una incertidumbre experimental”, dijo. “No podríamos haber hecho esto sin la potencia de supercomputación que tenemos disponible”.