Hvordan syrer opfører sig i det ultrakolde interstellare rum

En forskergruppe fra Ruhr-Universität Bochum har undersøgt, hvordan syrer interagerer med vandmolekyler ved ekstremt lave temperaturer. Ved hjælp af spektroskopiske analyser og computersimuleringer, de undersøgte spørgsmålet om, hvorvidt saltsyre (HCl) frigiver sin proton eller ej under forhold som dem, der findes i det interstellare rum. Svaret afhænger af den rækkefølge, som vand- og saltsyremolekylerne samles i.

Gruppen ledet af professor Martina Havenith, formand for Fysisk Kemi II, og professor Dominik Marx, formand for teoretisk kemi, fra Ruhr-Universität Bochum, sammen med holdet ledet af Dr. Britta Redlich fra Radboud Universitet, Nijmegen, beskriver resultaterne i journalen Videnskabens fremskridt , offentliggjort online på forhånd den 7. juni 2019.

Forstå hvordan komplekse molekyler blev dannet

Hvis saltsyre kommer i kontakt med vandmolekyler under normale forhold, såsom ved stuetemperatur, syren dissocierer straks, frigivelse af sin proton (H+); en chloridion (Cl-) er tilbage. Forskerholdet ønskede at finde ud af, om den samme proces også finder sted ved ekstremt lave temperaturer under 10 Kelvin, dvs. under minus 263,15 grader celsius. "Vi vil gerne vide, om den samme syre-alkali-kemi, som vi kender på Jorden, også eksisterer under de ekstreme forhold i det interstellare rum, " forklarer Martina Havenith, taler for Cluster of Excellence Resolv. "Resultaterne er afgørende for at forstå, hvordan mere komplekse kemiske molekyler blev dannet i rummet - længe før de første forløbere for liv opstod."

For at genskabe de ekstremt lave temperaturer i laboratoriet, forskerne udførte de kemiske reaktioner i en dråbe superflydende helium. De overvågede processerne ved hjælp af en speciel type infrarød spektroskopi, som kan detektere molekylære vibrationer med lave frekvenser. Forskerne brugte en laser med særlig høj lysstyrke ved Nijmegen til dette. Computersimuleringer gjorde det muligt for forskerne at fortolke de eksperimentelle resultater.

Først, forskerne tilføjede fire vandmolekyler, den ene efter den anden, til saltsyremolekylet. Saltsyren dissocierede under denne proces, donere sin proton til et vandmolekyle, resulterer i en hydroniumion. Den resterende chloridion, hydroniumionen og de tre andre vandmolekyler dannede en klynge.

Imidlertid, hvis forskerne først skabte en islignende klynge af de fire vandmolekyler og derefter tilføjede saltsyren, de gav et andet resultat:saltsyremolekylet dissocierede ikke; protonen forblev bundet til chloridionen.

"Under de forhold, der kan findes i det interstellare rum, syrerne er således i stand til at dissociere, men dette behøver ikke nødvendigvis at ske - begge processer er to sider af samme mønt, så at sige, " siger Martina Havenith.

Kemi i rummet er ikke enkel

Forskerne antog, at resultatet også kan anvendes på andre syrer, da det repræsenterer det grundlæggende princip for kemi under ultrakolde forhold.

"Kemi i rummet er på ingen måde enkel; den kan endda være mere kompleks end kemi under planetariske forhold, " siger Dominik Marx. Når alt kommer til alt, det afhænger ikke blot af blandingsforholdet mellem de reagerende stoffer, men også af rækkefølgen, hvori de tilsættes til hinanden. "Dette fænomen skal tages i betragtning i fremtidige eksperimenter og simuleringer under ultrakolde forhold, " siger forskeren.