Cómo se forman las moléculas con forma de balón de fútbol en el universo
Resolver el rompecabezas de las clásicas buckyballs
Desde hace tiempo se sospecha que el fullereno y sus derivados podrían formarse de forma natural en el universo. Se trata de grandes moléculas de carbono con forma de balón de fútbol, ensaladera o nanotubo. Un equipo internacional de investigadores que utiliza la fuente suiza de luz de sincrotrón SLS del PSI ha demostrado cómo funciona esta reacción. Los resultados acaban de publicarse en la revista Nature Communications.
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"Somos polvo de estrellas, somos oro. Somos carbono de mil millones de años". En la canción que interpretaron en Woodstock, el grupo estadounidense Crosby, Stills, Nash & Young resumía de qué estamos hechos esencialmente los humanos: de polvo de estrellas. Cualquiera con un poco de conocimientos de astronomía puede confirmar las palabras de la banda estadounidense de culto: tanto los planetas como nosotros, los humanos, estamos hechos en realidad de polvo de supernovas quemadas y compuestos de carbono de miles de millones de años de antigüedad. El universo es un reactor gigante y entender estas reacciones significa comprender los orígenes y el desarrollo del universo - y de dónde venimos los humanos.
En el pasado, la formación de fullerenos y sus derivados en el universo ha sido un enigma. Estas moléculas de carbono, con forma de balón de fútbol, cuenco o pequeño tubo, se crearon por primera vez en el laboratorio en la década de 1980. En 2010, el telescopio espacial infrarrojo Spitzer descubrió en la nebulosa planetaria Tc 1 moléculas de C60 con la forma característica de un balón de fútbol, conocidas como buckyballs. Son, por tanto, las moléculas más grandes descubiertas hasta la fecha que se sabe que existen en el universo más allá de nuestro sistema solar.
Pero, ¿cómo se forman realmente allí? Un equipo de investigadores de Honolulu (EE.UU.), Miami (EE.UU.) y Tianjin (China) ha completado ahora un importante paso de reacción en la formación de las moléculas, con el apoyo activo del PSI y de la línea de luz ultravioleta al vacío (VUV) de la fuente de luz de sincrotrón Swiss SLS. "El PSI ofrece unas instalaciones experimentales únicas y por eso decidimos colaborar con Patrick Hemberger en el PSI", afirma Ralf Kaiser, de la Universidad de Hawaii en Honolulu, el principal investigador internacional en este campo.
Un minirreactor de fullereno
Patrick Hemberger, un científico que trabaja en la línea de luz VUV del PSI, ha construido un minirreactor para observar la formación de fullereno en tiempo real. Se crea un radical corannuleno (C20H9) en un reactor a una temperatura de 1.000 grados Celsius. Esta molécula tiene el aspecto de una ensaladera, como si hubiera sido diseccionada a partir de una buckyball C60. Este radical es muy reactivo. Reacciona con el acetileno de vinilo (C4H4), que deposita una capa de carbono en el borde de la ensaladera. "Repitiendo este proceso muchas veces, la molécula crecería hasta convertirse en la tapa de un nanotubo. Hemos conseguido demostrar este fenómeno en simulaciones por ordenador", explica Alexander Mebel, catedrático de Química de la Universidad Internacional de Florida y uno de los autores del estudio. Pero ese no era el único objetivo de los investigadores: "Queríamos demostrar que este tipo de reacción es físicamente posible", añade Ralf Kaiser.
La reacción produce diferentes isómeros, es decir, moléculas que tienen la misma masa pero estructuras ligeramente diferentes. Con la espectrometría de masas estándar, todas estas variantes producen la misma señal. Pero el resultado es diferente cuando se utiliza la espectroscopia de coincidencia de fotoelectrones, el método adoptado por el equipo. "Con esta técnica, la estructura de la curva de medición permite extraer conclusiones sobre cada isómero individual", explica Patrick Hemberger.
Resolver el rompecabezas de las moléculas clásicas con forma de balón de fútbol
"El universo contiene una jungla salvaje de moléculas y reacciones químicas; no todas ellas pueden clasificarse claramente en las señales de los telescopios", afirma Ralf Kaiser. Ya sabemos por modelos que tanto el corannuleno como el vinilacetileno existen en el universo. Ahora se ha podido confirmar que estas moléculas forman realmente los bloques de construcción del fullereno. "Por eso el experimento del PSI es tan valioso para nosotros".
Pero el éxito de la publicación en Nature Communications no es el final de la historia. Los investigadores quieren realizar más experimentos para comprender cómo se forman en el universo las clásicas buckyballs, junto con las moléculas de fullereno con forma de balón de fútbol y 60 átomos de carbono y los diminutos nanotubos con aún más átomos.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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