Teamet vid Cluster of Excellence Resolv har undersökt kemi i det interstellära rymden. Kredit: RUB, Lehrstuhl för Astrophysik
En forskargrupp från Ruhr-Universität Bochum har undersökt hur syror interagerar med vattenmolekyler vid extremt låga temperaturer. Med hjälp av spektroskopiska analyser och datorsimuleringar, de undersökte frågan om saltsyra (HCl) släpper ut sin proton eller inte under förhållanden som de som finns i det interstellära rymden. Svaret beror på i vilken ordning vatten- och saltsyramolekylerna möts.
Gruppen ledd av professor Martina Havenith, Ordförande för fysikalisk kemi II, och professor Dominik Marx, ordförande för teoretisk kemi, från Ruhr-Universität Bochum, tillsammans med teamet ledd av Dr. Britta Redlich från Radboud University, Nijmegen, beskriver resultaten i journalen Vetenskapens framsteg , publiceras online i förväg den 7 juni 2019.
Förstå hur komplexa molekyler bildades
Om saltsyra kommer i kontakt med vattenmolekyler under normala förhållanden, som vid rumstemperatur, syran dissocierar omedelbart, frigör sin proton (H+); en kloridjon (Cl-) återstår. Forskargruppen ville ta reda på om samma process också äger rum vid extremt låga temperaturer under 10 Kelvin, dvs. under minus 263,15 grader Celsius. "Vi skulle vilja veta om samma syra-alkali-kemi som vi känner på jorden också existerar under extrema förhållanden i det interstellära rymden, " förklarar Martina Havenith, talare för Cluster of Excellence Resolv. "Resultaten är avgörande för att förstå hur mer komplexa kemiska molekyler bildades i rymden - långt innan de första prekursorerna till livet kom till."
För att replikera de extremt låga temperaturerna i laboratoriet, forskarna genomförde de kemiska reaktionerna i en droppe superfluid helium. De övervakade processerna med en speciell typ av infraröd spektroskopi, som kan upptäcka molekylära vibrationer med låga frekvenser. Forskarna använde en laser med särskilt hög ljusstyrka vid Nijmegen för detta. Datorsimuleringar gjorde det möjligt för forskarna att tolka de experimentella resultaten.
Först, forskarna lade till fyra vattenmolekyler, en efter den andra, till saltsyramolekylen. Saltsyran dissocierade under denna process, donera sin proton till en vattenmolekyl, vilket resulterar i en hydroniumjon. Den återstående kloridjonen, hydroniumjonen och de tre andra vattenmolekylerna bildade ett kluster.
Dock, om forskarna först skapade ett isliknande kluster av de fyra vattenmolekylerna och sedan tillsatte saltsyran, de gav ett annat resultat:saltsyramolekylen dissocierade inte; protonen förblev bunden till kloridjonen.
De två möjliga vägar som muriatinsyra kan följa under förhållanden som de som finns i det interstellära rymden:Dissociera eller absorbera i iskallt vatten. Kredit:D. Mani
"Under de förhållanden som kan hittas i det interstellära rymden, syrorna kan alltså dissociera, men detta behöver inte nödvändigtvis hända – båda processerna är två sidor av samma mynt, så att säga, säger Martina Havenith.
Kemi i rymden är inte enkel
Forskarna antog att resultatet även kan appliceras på andra syror, eftersom det representerar grundprincipen för kemi under ultrakalla förhållanden.
"Kemi i rymden är inte på något sätt enkel, den kan till och med vara mer komplex än kemi under planetariska förhållanden, säger Dominik Marx. När allt kommer omkring, det beror inte bara på blandningsförhållandena för de reagerande ämnena utan också på i vilken ordning de sätts till varandra. "Detta fenomen måste beaktas i framtida experiment och simuleringar under ultrakalla förhållanden, säger forskaren.
