Nueva clase de sustancias detectadas en la química atmosférica
Un equipo internacional informa sobre hidrotrióxidos altamente oxidados
Un equipo internacional de investigación ha conseguido detectar por primera vez hidrotrióxidos (ROOOH) en condiciones atmosféricas. Hasta ahora, sólo se especulaba con la existencia de estos compuestos orgánicos con el inusual grupo OOOH. En experimentos de laboratorio, se ha demostrado claramente su formación durante la oxidación de hidrocarburos importantes, como el isopreno y el alfa-pineno. Mediante cálculos químicos cuánticos y cálculos de modelos, se han estimado datos importantes sobre esta nueva clase de sustancias. En la atmósfera de la Tierra se forman unos 10 millones de toneladas métricas al año a través de la oxidación del isopreno. Se estima que la vida útil de los ROOOH es de minutos a horas. Los hidrotrióxidos representan una clase de sustancias hasta ahora inadvertida en la atmósfera, cuyos efectos sobre la salud y el medio ambiente deben ser investigados, escriben los investigadores dirigidos por el Instituto Leibniz de Investigación Troposférica (TROPOS) en el número actual de la revista científica SCIENCE.
Montaje de laboratorio del experimento de flujo de chorro libre en el TROPOS de Leipzig
Tilo Arnhold, TROPOS
La capa inferior de la atmósfera terrestre es un gran reactor químico en el que se transforman cada año varios 100 millones de toneladas métricas de hidrocarburos, lo que conduce finalmente a la formación de dióxido de carbono y agua. Estos hidrocarburos son emitidos por los bosques o por fuentes antropogénicas. Se produce una gran variedad de procesos de oxidación, de los cuales sólo algunos se conocen bien. Uno de los recientes enfoques de la investigación atmosférica es el de los hidrotrióxidos (ROOOH). Se trata de sustancias gaseosas con un grupo formado por tres átomos consecutivos de oxígeno "O" y un átomo de hidrógeno "H", que está unido a un resto orgánico (R). Los hidroperóxidos (ROOH) con dos átomos de oxígeno son conocidos y probados desde hace tiempo. En la literatura, se ha especulado previamente que podría haber sustancias en la atmósfera que lleven no sólo dos átomos de oxígeno (ROOH), sino también tres átomos de oxígeno (ROOOH). En la síntesis orgánica, los hidrotrióxidos se utilizan para formar productos de oxidación especiales en la reacción con alquenos. Sin embargo, estos hidrotrióxidos reactivos y térmicamente inestables se producen allí en disolventes orgánicos a temperaturas muy bajas, en torno a los -80°C, y siguen reaccionando. Hasta ahora se desconocía si esta clase de sustancias también existe como gas en la atmósfera a temperaturas considerablemente más altas.
En su estudio, los investigadores del Instituto Leibniz para la Investigación de la Troposfera (TROPOS), la Universidad de Copenhague y el Instituto Tecnológico de California (Caltech) han podido aportar por primera vez pruebas directas de que la formación de hidrotrióxidos también tiene lugar en condiciones atmosféricas a partir de la reacción de los radicales peroxi (RO2) con los radicales hidroxilo (OH). Las investigaciones de laboratorio se llevaron a cabo principalmente en TROPOS, en Leipzig, en un tubo de flujo libre a temperatura ambiente y a una presión de 1 bar de aire, en combinación con el uso de espectrómetros de masas muy sensibles. Las investigaciones realizadas en Caltech proporcionaron información experimental adicional, especialmente sobre la estabilidad de los hidrotrióxidos. La Universidad de Copenhague realizó cálculos de química cuántica para describir los mecanismos de reacción, así como la temperatura y la fotoestabilidad de los hidrotrióxidos. Las simulaciones globales de TROPOS con el modelo químico-climático ECHAM-HAMMOZ permitieron una primera evaluación de los efectos en la atmósfera terrestre.
"Es realmente emocionante mostrar la existencia de una nueva clase universal de compuestos formados a partir de precursores atmosféricos (RO2 y radicales OH)", informa el profesor Henrik G. Kjærgaard, de la Universidad de Copenhague. "Es muy sorprendente que estas interesantes moléculas sean tan estables con un contenido de oxígeno tan elevado. Es necesario seguir investigando para determinar el papel de los hidrotrióxidos para la salud y el medio ambiente", subraya el Dr. Torsten Berndt, de TROPOS. "Nuestro estudio ha demostrado que es posible la observación directa de los hidrotrióxidos mediante la espectrometría de masas. Esto significa que ahora es posible seguir investigando estos compuestos en diferentes sistemas, incluyendo, quizás, la cuantificación de su abundancia en el medio ambiente", explica el profesor Paul O. Wennberg, de Caltech.
La importancia de la primera detección con éxito de esta nueva clase de sustancias, los "hidrotrióxidos", sólo se aclarará en los próximos años. Sin embargo, con la prueba experimental y los conocimientos actuales, el estudio de Berndt et al. ha sentado las primeras bases que deberían despertar también el interés de otros grupos de investigación.
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