Uma descoberta sobre Titã, a lua de Saturno, está a pôr em xeque aquilo que cientistas consideravam uma regra elementar da química.
De acordo com uma nova investigação, no frio extremo desse mundo, algumas moléculas tidas como essencialmente incompatíveis podem unir-se e dar origem a sólidos que nunca tinham sido observados antes no Sistema Solar.
Para uma equipa liderada pelo químico Fernando Izquierdo-Ruiz, da Universidade de Tecnologia de Chalmers, na Suécia, essa matéria “alienígena” tende a ser comum em Titã.
"Estas são descobertas muito empolgantes que podem ajudar-nos a compreender algo em escala enorme, uma lua [Titã] tão grande quanto o planeta Mercúrio", afirma o químico Martin Rahm, também da Universidade de Tecnologia de Chalmers.
Titã, cianeto de hidrogênio e a química pré-biótica
Titã é um recanto fascinante do Sistema Solar. Os seus lagos de metano e hidrocarbonetos abrigam uma química complexa, tentadoramente próxima da química pré-biótica associada ao surgimento da vida. Isso não significa que a vida seja possível ali, mas cria uma oportunidade de entender as condições em que a vida poderia, em tese, emergir.
Um pilar específico da química pré-biótica é o cianeto de hidrogênio, que, nas condições adequadas, forma compostos capazes de se tornar blocos fundamentais da vida, como nucleobases e aminoácidos. Em Titã, o cianeto de hidrogênio é abundante.
Além disso, trata-se de uma molécula fortemente polar, com distribuição desigual de elétrons, o que lhe confere uma carga “desbalanceada”.
Em geral, moléculas polares e apolares - como o metano e o etano presentes em Titã - tendem a repelir-se. É preciso mais energia para forçá-las a juntar-se do que para mantê-las separadas. Esse é exatamente o mecanismo que impede a água (polar) de se misturar com o óleo (apolar).
O que acontece após o cianeto de hidrogênio formar-se na atmosfera
O estudo sobre como o cianeto de hidrogênio provavelmente se comporta em Titã começou quando cientistas do Laboratório de Propulsão a Jato (JPL) da NASA tentaram compreender o que ocorre depois que a molécula se forma na atmosfera do satélite.
Eles realizaram experiências a cerca de -180 °C (-292 °F), temperatura compatível com a da superfície de Titã. Nessa condição extrema, o cianeto de hidrogênio encontra-se em forma cristalina, enquanto metano e etano permanecem no estado líquido.
Quando o experimento terminou e as misturas resultantes foram analisadas, os investigadores da NASA perceberam que algo tinha mudado - mas não conseguiram determinar com segurança o quê. Então, convidaram os químicos de Chalmers para ajudar.
"Isso levou a uma colaboração teórica e experimental empolgante entre Chalmers e a NASA", diz Rahm. "A pergunta que nos fizemos foi um pouco maluca: será que as medições podem ser explicadas por uma estrutura cristalina em que metano ou etano esteja misturado ao cianeto de hidrogênio? Isso contradiz uma regra da química, 'semelhante dissolve semelhante', que basicamente significa que não deveria ser possível combinar essas substâncias polares e apolares."
Experimentos a -180 °C e evidências de interação
O arranjo experimental adotado foi semelhante: numa câmara ajustada para aproximadamente -180 °C, os investigadores cultivaram cristais de cianeto de hidrogênio. Nesse ambiente, introduziram metano, etano, propano e butano, recorrendo à espectroscopia Raman para registar como as moléculas vibram.
Após expor o cianeto de hidrogênio ao metano e ao etano, a equipa observou mudanças pequenas, porém nítidas, nas oscilações - um sinal de que essas substâncias incompatíveis não estavam apenas lado a lado, mas de facto interagiam.
A direção dessas alterações indicou que as ligações de hidrogênio no cianeto de hidrogênio eram sutilmente reforçadas, ao mesmo tempo que eram dobradas e esticadas pela presença de metano e etano.
Em seguida, o grupo recorreu a modelagem computacional para testar a hipótese: metano e etano teriam penetrado as lacunas da rede cristalina do cianeto de hidrogênio, formando estruturas conhecidas como co-cristais, que permanecem estáveis em temperaturas semelhantes às de Titã.
Os investigadores concluíram que, em condições como as de Titã, as moléculas não “tremem” termicamente como fazem em temperaturas mais elevadas. Isso permitiria que metano e etano se insinuassem no cianeto de hidrogênio, mostrando como moléculas que normalmente “se detestam” podem interagir e combinar-se.
"A descoberta da interação inesperada entre essas substâncias pode afetar como entendemos a geologia de Titã e as suas paisagens estranhas de lagos, mares e dunas de areia", afirma Rahm.
Infelizmente, pode ser necessário esperar alguns anos para confirmar a importância dessa química incomum: a sonda Dragonfly, aguardada com grande expectativa, não deve aterrar na lua peculiar de Saturno antes de 2034.
"Até lá, essas estruturas representam um lembrete humilde do quão surpreendente a química fundamental pode ser", escrevem os investigadores.
Em trabalhos futuros, a equipa espera identificar que outras substâncias apolares poderiam comportar-se bem com o cianeto de hidrogênio, caso as condições sejam exatamente as certas.
A pesquisa foi publicada nos Anais da Academia Nacional de Ciências (PNAS).
Comentários
Ainda não há comentários. Seja o primeiro!
Deixar um comentário