[Livremente traduzido daqui: Unraveling the Chemistry of Titan’s Hazy Atmosphere ]

Pesquisa busca informações sobre como uma molécula chave na atmosfera de Titã é formada e dá algumas pistas sobre a evolução das atmosferas de Titã e da Terra

15 de setembro de 2009

Uma equipe internacional de cientistas anunciou a confirmação de uma reação química chave para a formação de moléculas de triaceltileno na atmosfera ultra resfriada da lua de Saturno, Titã.

Uma vez que se acredita que a atual atmosfera de Titã seja semelhante à atmosfera primeva da Terra, o estudo sugere que o triacetileno também pode ter se formado na atmosfera primeva da Terra e fornece pistas para a evolução da atmosfera terrestre que existiu antes do aparecimento da vida no planeta, a cerca de 3,5 bilhões de anos.

As descobertas aparecem na edição online de 14 de setembro de 2009 de Proceedings of the National Academy of Sciences. O estudo foi financiado pela Fundação Nacional de Ciências (NSF).

O triacetileno é uma substância da família dos poli-inos [polímeros de hidrocarbonetos não saturados com triplas ligações entre átomos de carbono]. Acredita-se que os poli-inos sirvam como escudos contra a radiação ultravioleta nos ambientes planetários, tal como o ozônio na atmosfera terrestre antes do surgimento da vida, e constituem componentes importantes da neblina alaranjada e composta de aerossóis que envolve Titã.

Os cientistas vem estudando o papel do triacetileno, bem como de outro poli-ino, o diacetileno, na evolução química da atmosfera de Titã nas últimas quatro décadas. O triacetileno e diacetileno são moléculas que consistem, respectivamente, de seis e quatro átomos de carbono e dois átomos de hidrogênio. Os átomos em cada molécula são conectados por ligações simples e triplas, alternadamente.

Infelizmente, os processos subjacentes que dão início e controlam a formação e o crescimento desses dois poli-inos são os menos conhecidos até a presente data. Com base em estudos limitados de laboratório sobre a formação de suspensões coloidais, os primeiros químicos planetários tentaram desenvolver modelos foto-químicos da atmosfera de Titã. Ralf Kaises, físico-químico da Universidade do Hawaii, co-autor do estudo, verificou que “surpreendentemente, os modelos foto-químicos revelearam mecanismos inconsistentes para a produção de poli-inos” (um “mecanismo” é a sequência de passos em uma reação química).

A chegada da espaçonave Cassini em Titã em 2004 e  o pouso de sua sonda Huygens na superfície de Titã em 2005, confirmaram a abundância de diacetileno e acetileno em Titã. O acetileno [na nomenclatura IUPAC: etino] é composto de dois átomos de carbono e dois de hidrogênio, com os átomos de carbono interligados por uma ligação tripla. Também foi detectado o triacetileno na camada mais externa da atmosfera de Titã, um ion positivamente carregado de triacetileno com um átomo de hidrogênio a mais. A missão revelou, também, que a transformação de acetileno e diacetileno em poliacetilenos, tais como o triacetileno, são provavelmente um dos passos mais importantes na evolução das atmosferas planetárias.

Para desvelar a formação do triacetileno e fornecer um modelo foto-químico mais preciso, Kaiser e seus colaboradores primeiramente confirmaram em seu laboratório na Terra que o triacetileno poderia ser formado pela colisão de um único radical etinil e uma molécula de diacetileno. O etinil é altamente reativo e composto de dois átomos de carbono conectados por uma ligação tripla e um elétron solitário no átomo de carbono externo. É esse elétron solitário (ou radical) que dá iníico ao ataque do etinil a outras moléculas (ver imagem ao lado). O etinil é produzido na atmosfera de Titã pela foto-dissociação do acetileno pela luz ultravioleta (a foto-dissociação é uma reação química que emprega fótons de luz para quebrar uma substância química).

Na experiência, o grupo de Kaiser usou uma máquina de “feixe molecular cruzado” para fazer colidir feixes supersônicos gasosos de eitinil e diacetileno. Medições com espectrômetro de massa dos produtos da reação confirmaram a formação de triacetileno, mais um átomo isolado de hidrogênio.

Para revelar o mecanismo envolvido na formação do triacetileno, Alexander Mebel, um químico teórico da Florida International University, combinou os resultados experimentais com modelos computacionais da reação do etinil e do diacetileno. Os modelos teóricos computacionais também contemplam a distribuição tridimensional dos elétrons nos átomos e, dessa forma, o nível de energia total de cada molécula.

As computações de Mebel confirmaram que o triacetileno pode ser formado a partir da reação de um único radical etinil que colida com uma molécula de diacetileno e a existência de três moléculas transientes intermediárias.

O que talvez seja mais importante, uma vez que a temperatura da atmosfera de Titã varia de -73ºC a -179ºC, o que torna imperativo que as reações químicas sejam exergônicas (liberem energia), as computações de Mebel confirmaram que a formação de triacetileno libera energia.

Para completar os estudo, Danie Liang e Yuk Yung, cientistas planetárias na Academia Sinica de Taiwan e California Institute of Technology (Caltech), respectivamente, realizaram estudos de modelagem foto-química da atmosfera de Titã. Os modelos indicam que o triacetileno pode servir como matéria-prima para a formação de poli-inos maiores e mais complexos que seriam os precussores dos aerossóis que formam as camadas de neblina que envolvem Titã.

Para o futuro, Kaiser vai combinar os resultados de suas pesquisas com as observações com base na Terra da atmosfera de Titã. Alan Tokunaga, astrônomo da Universidade do Hawaii, está realizando atualmente essas observações através do telescópio infravermelho situado no topo do vulcão inativo Mauna Kea, no Hawaii.

Os co-autores do artigo são: Xibin Gu e Seol Kim, Universidade do Hawaii; Alexander Mebel, Florida International University; Danie Liang, Academia Sinica; e Yuk L. Yung, Caltech.

O estudo é financiado pela Divisão de Química e pelo Escritório Internacional de Ciências e Engenharia da NSF (Gu, Kim, Kaiser, Mebel), e pelo Conselho Nacional de Ciências de Taiwan (Liang).