Os fulerenos podem catalisar a formação de moléculas de hidrogênio em nuvens interestelares. A descoberta pode ajudar a explicar por que o espaço está repleto de hidrogênio molecular, apesar dos ambientes frios que devem tornar sua formação improvável.
“A formação de hidrogênio molecular em condições astronômicas é os processos químicos mais fundamentais no … universo e a base da evolução da química mais complexa”, explica o físico molecular Nigel Mason na Universidade de Kent, Reino Unido, que não estava envolvido no estudo. “No entanto, é também um dos mais difíceis de resolver.”
Isso ocorre porque a probabilidade de dois átomos de hidrogênio se encontrarem no vasto vácuo frio do espaço é extremamente baixo. Mesmo que eles colidissem com energia suficiente para formar uma ligação molecular, a reação liberaria energia de que a molécula rapidamente reabsorve, fazendo com que o hidrogênio se dissocie.
“A formação de hidrogênio molecular através de colisões diretas entre dois átomos de hidrogênio é insignificante”, diz David McKenzieum físico de materiais da Universidade de Sydney, na Austrália. Isso significa que a abundância de hidrogênio molecular deve estar formando de outra maneira.
Agora, McKenzie e seu colega Yuzhen Guo Pense que eles identificaram um ingrediente -chave que poderia estar ajudando os átomos de hidrogênio a combinar: Fullerenes. Estas são moléculas esferoidais feitas de 60 átomos de carbono, em forma de minúsculas bolas de futebol.
É amplamente aceito que os grãos de poeira possam estar agindo como catalisadores, fornecendo uma superfície para que o hidrogênio absorva e se una mais facilmente do que faria quando flutuando livremente no espaço. Guo diz que eles selecionaram o fulerene como sua superfície do modelo porque possuem características em comum com grande parte do carbono que compõe a poeira interestelar. ‘Há também uma quantidade substancial de evidências que apóiam a existência de c60 Moléculas no espaço ”, acrescenta.
Usando modelagem computacional, Guo e McKenzie exploraram dois mecanismos para formação de hidrogênio no fulereno. No primeiro, dois átomos de hidrogênio fracamente prenderam -se à superfície, se movem e eventualmente colidem. No segundo mecanismo, um átomo de hidrogênio recebido atinge outro que já está quimicamente ligado à superfície, formando H₂ diretamente.
“Também descobrimos que essas superfícies não incentivam a reação reversa, onde o hidrogênio molecular é dividido em átomos únicos”, disse McKenzie. Em vez disso, a energia liberada durante a formação de ligações é absorvida pelo fulereno e ‘hidrogênio molecular é repelido, impedindo que ele interaja com a superfície’.
É a primeira vez que isso é mostrado, comentários Mason, que acrescenta que é importante para definir o equilíbrio químico em H2 reações ‘.
A modelagem de Guo e McKenzie também mostrou que a formação de hidrogênio através do mecanismo que envolve a absorção química do hidrogênio atômico pode ocorrer em temperaturas tão baixas quanto 10k, preenchendo um lacuna de longa data na temperatura onde nenhum mecanismo (absorção física ou química) era anteriormente que funcionava. Eles também mostraram que essas superfícies podem capturar átomos de hidrogênio de alta energia e que o hidrogênio molecular ainda pode se formar com eficiência a temperaturas de até 6000k.
“Isso oferece informações sobre como o hidrogênio molecular é formado em eventos energéticos no espaço”, diz Guo, como choques de supernova ou sob radiação intensa de estrelas jovens, onde os átomos de hidrogênio podem atingir energias muito altas.
Mason chama o estudo de uma contribuição interessante para um processo astroquímico complexo e ainda não totalmente compreendido. No entanto, ele ressalta que em muitas regiões do espaço, os grãos de poeira são revestidos em gelo, portanto, modelar a reação em superfícies geladas tornaria as descobertas mais realistas – embora Guo e McKenzie argumentem que a absorção química de hidrogênio pode ocorrer antes que o gelo se forme totalmente.
Mason acrescenta que comparar os resultados com dados espectrais observáveis ajudaria a fundamentar o modelo. “Simulações por si só não são suficientes para desvendar o processo”, acrescenta. ‘Para validar o mecanismo de produção, são necessários experimentos.’
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