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Nueva sustancia química extremadamente reactiva descubierta en la atmósfera

Los investigadores descubrieron una sustancia química altamente reactiva que durante mucho tiempo pensaron que era demasiado inestable para durar en condiciones atmosféricas. Crédito de la imagen: Roberto Machado Noa/Getty Images

Millones de toneladas de una clase de sustancias químicas extremadamente reactivas llamadas hidrotrióxidos pueden permanecer en la atmósfera durante varias horas, sugiere un nuevo estudio, lo que podría tener implicaciones para la salud humana y el clima global.

Los químicos interactúan con otros compuestos extremadamente rápido, y su presencia significa que los químicos tendrán que repensar cómo ocurren los procesos en la atmósfera.

Durante mucho tiempo se pensó que los hidrotrióxidos, compuestos químicos que contienen un átomo de hidrógeno y tres átomos de oxígeno, eran demasiado inestables para durar mucho tiempo en condiciones atmosféricas.

Pero la nueva investigación muestra, en cambio, que los hidrotrióxidos son un producto regular de muchas reacciones químicas comunes y que pueden permanecer lo suficientemente estables como para reaccionar con otros compuestos en la atmósfera.

"Mostramos que la vida útil de uno de ellos era de al menos 20 minutos", dijo a Rhythm89 Henrik Grum Kjærgaard, químico de la Universidad de Copenhague. "Así que eso es suficiente para que hagan cosas en la atmósfera".

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Kjærgaard es uno de los autores de un nuevo estudio sobre la formación de hidrotrióxido en la atmósfera publicado en línea el 26 de mayo en revista Ciencia se abre en una pestaña nueva.

El descubrimiento no significa que algo nuevo esté sucediendo en la atmósfera; más bien, parece que los hidrotrióxidos siempre se han formado allí. Pero el nuevo estudio es la primera vez que se comprueba la existencia de estos químicos ultrarreactivos en la atmósfera.verificado.

"Ahora podemos demostrar, a través de la observación directa, que estos compuestos realmente se forman en la atmósfera, que son sorprendentemente estables y que se forman a partir de casi todos los compuestos químicos", el estudiante de doctorado de la Universidad de Copenhague Jing Chen, el segundo autor deel estudio, dicho en un comunicado se abre en una pestaña nueva. "Todas las especulaciones ahora deben ser puestas a descansar".

La configuración del flujo de chorro libre en TROPOS permitió el estudio de las reacciones de oxidación en condiciones atmosféricas, revelando la presencia de hidrotrióxidos altamente reactivos.Crédito de la imagen: Tilo Arnhold, TROPOS
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Potentes oxidantes

Los hidrotrióxidos son un tipo de polióxido de hidrógeno. El agua es el polióxido de hidrógeno más simple y común, con dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno, o H2O.

Otro polióxido de hidrógeno es el peróxido de hidrógeno, que tiene dos átomos de oxígeno, H2O2, y se usa comúnmente como blanqueador o desinfectante. El átomo de oxígeno adicional también hace que muchos peróxidos sean extremadamente inflamables y, a veces, se usan como componente de los combustibles para cohetes.

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Los hidrotrióxidos van un paso más allá, ya que tienen tres átomos de oxígeno unidos entre sí, lo que los hace aún más reactivos que los peróxidos. Se escriben químicamente como ROOOH, donde R es cualquier grupo enlazado, como a carbono grupo.

Pero si bien se sabe que los peróxidos pueden formarse a partir de reacciones químicas en la atmósfera, no se sabía hasta ahora que los hidrotrióxidos también pueden formarse allí, aunque durante un tiempo relativamente corto antes de que se descompongan en sustancias químicas menos reactivas.

En el nuevo estudio, los investigadores estiman que cada año se forman en la atmósfera alrededor de 11 millones de toneladas 10 millones de toneladas métricas de hidrotrióxidos como producto de una de las reacciones más comunes: la oxidación del isopreno, una sustancia producida por muchosplantas y animales y que es el componente principal del caucho natural.

Los investigadores estiman que alrededor del 1% del isopreno liberado a la atmósfera forma hidrotrióxidos, y que se producen a partir de estas reacciones en concentraciones muy bajas: alrededor de 10 millones de moléculas de hidrotrióxido en un centímetro cúbico de la atmósfera, que es solo un rastro muy débil.

"Estamos muy contentos de haber podido demostrar que [los hidrotrióxidos] están ahí y que viven lo suficiente como para ser, muy probablemente, importantes en la atmósfera", dijo el autor principal del estudio, Torsten Berndt, químico atmosférico de laLeibniz Institute for Tropospheric Research TROPOS en Leipzig, Alemania, le dijo a Rhythm89 en un correo electrónico.

Experimentos atmosféricos

Berndt dirigió los experimentos de laboratorio de investigación en TROPOS para descubrir si los hidrotrióxidos eran de hecho producidos por reacciones químicas en la atmósfera, mientras que el equipo de la Universidad de Copenhague estudió los aspectos teóricos de cómo se forman los hidrotrióxidos.

Berndt y sus colegas utilizaron espectrometría de masas muy sensible para detectar los hidrotrióxidos ultrarreactivos, una técnica que puede determinar el peso molecular de los productos químicos para averiguar en qué átomos consisten.

Las reacciones para hacer los hidrotrióxidos tuvieron lugar en el Sistema de flujo de chorro libre TROPOS se abre en una pestaña nueva, que crea un flujo de aire sin obstrucciones por límites sólidos.

Y el estudio también usó los resultados de experimentos en una cámara atmosférica en el Instituto de Tecnología de California en Pasadena.

Ahora que su investigación ha confirmado que los hidrotrióxidos se forman por reacciones químicas comunes en la atmósfera, los científicos investigarán cómo los compuestos podrían afectar la salud humana y el medio ambiente durante los minutos u horas de actividad antes de que los compuestos se descompongan, dijo Berndt.

"A partir del conocimiento de la química orgánica, podemos esperar que [los hidrotrióxidos] actúen como un oxidante en la atmósfera", dijo. También es posible que los hidrotrióxidos puedan tener un efecto cuando nuestros pulmones respiran aire que los contiene en muybajas concentraciones, "pero todo esto es muy especulativo en este momento".

Berndt dijo que los hidrotrióxidos también podrían penetrar los aerosoles atmosféricos, partículas sólidas muy finas o gotitas líquidas suspendidas en la atmósfera, como la ceniza de las erupciones volcánicas o el hollín de grandes incendios, y podrían iniciar reacciones químicas allí. Pero "investigaciones experimentales sobreque son muy desafiantes”, dijo. “Es mucho por hacer”.

Publicado originalmente el Ritmo89.

Tom Metcalfe

Tom Metcalfe es un periodista independiente y colaborador habitual de Rhythm89 con sede en Londres, Reino Unido. Tom escribe principalmente sobre ciencia, espacio, arqueología, la Tierra y los océanos. También ha escrito para la BBC, NBC News, NationalGeographic, Scientific American, Air & Space, y muchos otros.