Gli idrocarburi policiclici aromatici (Ipa), Pah in inglese, sono composti organici dalla struttura caratterizzata dalla presenza di due o più anelli – da cui il termine policiclici – costituiti da soli atomi di carbonio e idrogeno – per questo chiamati idrocarburi – e dall’intenso odore – da cui l’aggettivo aromatici. Il più semplice di questi è il naftalene, più noto commercialmente come naftalina: l’antitarme, insomma. Un prodotto altamente tossico.
Immagine composita che mostra una stella gigante rossa ricca di carbonio (al centro) che riscalda un esopianeta (in basso a sinistra) e, sovrapposto, il percorso chimico appena scoperto che potrebbe essere coinvolto nella formazione di molecole del carbonio complesse vicino a queste stelle. Crediti: Eso / L. Calçada; Berkeley Lab, Florida International University e University of Hawaii at Manoa
Ok, ma che c’entra tutto questo con lo studio in questione? C’entra, e come. Per due motivi. Vediamo il primo: se sulla Terra queste molecole rappresentano composti tossici capaci di produrre inquinamento e problemi di salute, nello spazio, invece, le cose cambiano, “radicalmente”: nel mezzo interstellare queste molecole possono rappresentare fino al 20 per cento del carbonio galattico e, insieme ai grani interstellari, svolgono un ruolo centrale nella formazione degli amminoacidi, i mattoncini essenziali per la formazione di macromolecole biologiche, come le proteine.
Ma se da un lato le ricerche hanno confermato questo loro ruolo nello spazio, dall’altro, e qui entriamo nel merito dello studio, la comprensione di come queste molecole si formino alle elevate temperature presenti, ad esempio, negli involucri circumstellari di stelle al carbonio, e a partire da quali specie chimiche, non è chiara. Prende le mosse da questa premessa lo studio pubblicato su Nature Communications: facendo reagire in laboratorio due specie chimiche altamente reattive – i cosiddetti radicali liberi – un team di scienziati del Berkeley National Laboratory, queste molecole, è riuscito a produrle attraverso una nuovo percorso, o pathway. Un percorso di formazione che si aggiunge ad altri già identificati da studi dello stesso gruppo di ricerca, sebbene a partire da reagenti diversi.
Come hanno fatto? È stato necessario: un micro-reattore in cui far avvenire le reazioni chimiche, riscaldato resistivamente a temperature elevate che mimano quelle presenti negli involucri circumstellari di stelle al carbonio; i due reagenti di partenza – le specie radicaliche che vi dicevo; un fascio di luce a una lunghezza d’onda nota come “ultravioletto da vuoto sincronizzabile“, o Vuv, da “sparare” sui reagenti; e infine un rilevatore chiamato spettrometro di massa a tempo di volo, necessario per identificare i composti chimici che, una volta formati, escono fuori dal reattore a velocità supersoniche. Ebbene, facendo reagire il radicale metilico (CH3•) con il radicale aromatico 1-indenile (C9H7•) a una temperatura di circa 1000 gradi, sotto l’influsso della radiazione ultravioletta da vuoto, gli autori dello studio sono riusciti a ottenere l’idrocarburo policiclico aromatico noto – appunto – come naftalene (C10H8).
Un esperimento arduo, questo, soprattutto se si considera che i reagenti di partenza, le specie radicaliche, sono molto instabili e tendono subito a reagire. «I radicali hanno vita breve: reagiscono con se stessi e reagiscono con qualsiasi altra cosa che li circonda», dice a questo proposito Musahid Ahmed, uno dei firmatari dello studio. «La sfida è capire come si generano due radicali contemporaneamente e nello stesso posto, in un ambiente estremamente caldo. Li abbiamo riscaldati nel reattore, si sono scontrati e hanno formato i composti, quindi li abbiamo espulsi dal reattore».
«Per diversi decenni, le reazioni radicale-radicale sono state ipotizzate per formare strutture aromatiche nelle fiamme da combustione e nello spazio profondo», ricorda un altro coautore dello studio, Ralf Kaiser, «ma non ci sono state molte prove a sostegno di questa ipotesi. Il presente esperimento fornisce chiaramente prove che reazioni tra radicali a temperature elevate formano molecole aromatiche come il naftalene».
Esperimento riuscito, dunque. Un nuovo metodo di sintesi che, osservano i ricercatori, può anche illuminare studi più ampi di reazioni chimiche che coinvolgono radicali esposti ad alte temperature, come quelle nel campo della chimica e della sintesi dei materiali.
Per saperne di più:
- Leggi su Nature Communications l’articolo “Molecular mass growth through ring expansion in polycyclic aromatic hydrocarbons via radical–radical reactions“, di Long Zhao, Ralf. I. Kaiser, Wenchao Lu, Bo Xu, Musahid Ahmed, Alexander N. Morozov, Alexander M. Mebel, A. Hasan Howlader e Stanislaw F. Wnuk