Cientistas da Universidade de Tecnologia Chalmers da Suécia e da NASA fizeram uma descoberta surpreendente que desafia um dos princípios fundamentais da química, ao mesmo tempo que fornece novos insights sobre a misteriosa lua de Saturno, Titã. No ambiente intensamente frio de Titã, substâncias que normalmente não se misturariam podem coalescer. Esta descoberta expande a nossa compreensão de como a química funcionava antes do aparecimento da vida na Terra.
A maior lua de Saturno há muito que fascina os investigadores porque a sua evolução pode lançar luz sobre os primeiros processos químicos que outrora moldaram o nosso próprio planeta. Pensa-se que a superfície gelada de Titã e a sua atmosfera densa, rica em azoto e metano, se assemelham às condições que existiam na jovem Terra há milhares de milhões de anos. Ao explorar Titã, os cientistas esperam descobrir novas pistas sobre as origens da vida.
Martin Rahm, professor associado do Departamento de Química e Engenharia Química da Chalmers, passou anos estudando a química de Titã. Ele e os seus colegas acreditam agora que a sua mais recente descoberta – de que certos materiais polares e não polares * podem combinar-se em frio extremo – pode orientar futuras pesquisas sobre a superfície e a atmosfera da Lua.
“Estas são descobertas muito interessantes que podem ajudar-nos a compreender algo numa escala muito grande, uma lua como Mercúrio”, diz ele.
Novos insights sobre os blocos de construção da vida em ambientes extremos
Pesquisa, publicada PNASrevela que o metano, o etano e o cianeto de hidrogénio – compostos abundantes na superfície de Titã e na sua atmosfera – podem interagir de formas antes consideradas impossíveis. Vale ressaltar que o cianeto de hidrogênio, uma molécula fortemente polar, pode formar cristais junto com substâncias apolares como o metano e o etano, já que esses tipos de moléculas costumam se separar como o óleo e a água.
“A descoberta de interações inesperadas entre estas substâncias pode afetar a forma como entendemos a geologia de Titã e as suas paisagens únicas de lagos, oceanos e dunas de areia. Além disso, o cianeto de hidrogénio pode desempenhar um papel importante na criação abiótica de vários blocos de construção da vida, por exemplo aminoácidos, que são necessários para produzir proteínas, e sobasógenos, que são utilizados para produzir proteínas. O nosso trabalho também contribui para a vida.” “Insights sobre a química antes do surgimento e como ela pode ocorrer em ambientes extremos e inóspitos”, disse Martin Rahm, que liderou a pesquisa.
Uma pergunta sem resposta levou à colaboração da NASA
A pesquisa de Chalmers começou com uma questão simples, mas não resolvida, sobre Titã: o que acontece depois que o cianeto de hidrogênio se forma na atmosfera da lua? Ele se deposita em camadas espessas na superfície ou reage de alguma forma com o ambiente ao seu redor? Para investigar, cientistas do Laboratório de Propulsão a Jato (JPL) da NASA, na Califórnia, conduziram experimentos misturando cianeto de hidrogênio com metano e etano a temperaturas extremamente baixas de cerca de 90 Kelvin (cerca de -180 graus Celsius). A esta temperatura, o cianeto de hidrogénio torna-se um cristal, enquanto o metano e o etano são líquidos.
Quando a equipe analisou as misturas usando espectroscopia a laser, que examina substâncias e moléculas em nível atômico, descobriu que, embora as moléculas estivessem intactas, algo incomum havia acontecido. Para compreender isto, abordaram o grupo de Rahm em Chalmers, conhecido pela sua profunda experiência na química do cianeto de hidrogénio.
“Isso levou a uma emocionante colaboração teórica e experimental entre Chalmers e a NASA. A pergunta que nos fizemos foi um pouco maluca: as medições podem ser explicadas por uma estrutura cristalina na qual metano ou etano são misturados com cianeto de hidrogênio? Isso contradiz uma regra da química, ‘já que esses elementos não devem se dissolver’ e isso significa que não é possível. Substâncias não polares”, disse Martin Rahm.
Expandindo as fronteiras da química
Os pesquisadores da Chalmers usaram simulações de computador em grande escala para examinar milhares de maneiras diferentes pelas quais as moléculas se organizam em sólidos em busca de respostas. Em sua análise, eles descobriram que os hidrocarbonetos entraram na estrutura cristalina do cianeto de hidrogênio e formaram novas estruturas estáveis conhecidas como cocristais.
“Isto pode acontecer a temperaturas muito baixas, como em Titã. Os nossos cálculos prevêem que as misturas inesperadas não só são estáveis nas condições de Titã, mas também têm um espectro de luz que corresponde às medições da NASA,” diz ele.
A descoberta desafia uma das leis mais conhecidas da química, mas Martin Rahm não acha que seja hora de reescrever os livros didáticos de química.
“Vejo isso como um grande exemplo de quando os limites da química estão mudando e uma regra universalmente aceita nem sempre se aplica”, diz ele.
Em 2034, a sonda espacial Dragonfly da NASA deverá chegar a Titã, com o objetivo de investigar o que existe na sua superfície. Até então, Martin Rahm e os seus colegas planeiam continuar a explorar a química do cianeto de hidrogénio, em parte em colaboração com a NASA.
“O cianeto de hidrogénio é encontrado em muitos locais do Universo, por exemplo, em grandes nuvens de poeira, em atmosferas planetárias e em cometas. Os resultados da nossa investigação podem ajudar-nos a compreender o que acontece noutros ambientes frios do espaço. E poderemos ser capazes de descobrir se outras moléculas não polares também podem entrar em cristais de cianeto de hidrogénio e, em caso afirmativo, o que este microrganismo pode significar.” disse
Mais sobre pesquisa
Um artigo científico sobre a mistura de cianeto de hidrogênio e hidrocarbonetos em Titã foi publicado na revista PNAS. Foi escrito por Fernando Izquierdo Ruiz, Morgan L. Cable, Robert Hodis, Tuan H. Vu, Hilda Sandström, Alvaro Lobato Fernandez e Martin Rahm. Os pesquisadores estão baseados na Chalmers University of Technology, na Suécia, no Jet Propulsion Laboratory (JPL) da NASA, no California Institute of Technology (Caltech), nos Estados Unidos, e na Universidad Complutense de Madrid, na Espanha.
A pesquisa na Chalmers é financiada pelo Conselho Sueco de Pesquisa.
Mais sobre Titãs e Libélulas A maior lua de Saturno, Titã, é um dos mundos mais incomuns do Sistema Solar – e pode partilhar características com a evolução inicial da Terra. Titã está rodeada por uma espessa atmosfera composta principalmente por azoto e metano, uma composição que pode assemelhar-se à atmosfera da Terra há milhares de milhões de anos, antes do surgimento da vida. A luz solar e outras radiações do espaço fazem com que essas moléculas reajam umas com as outras, fazendo com que a Lua seja coberta por uma névoa laranja quimicamente complexa de compostos orgânicos (ou seja, ricos em carbono). Uma das principais substâncias produzidas desta forma é o cianeto de hidrogênio.
A superfície extremamente fria de Titã abriga lagos e rios de metano e etano líquidos. É o único outro lugar conhecido no nosso sistema solar, além da Terra, onde os líquidos formam lagos na superfície. Titã tem clima e estações. Há vento, formam-se nuvens e chove, embora na forma de metano em vez de água. As medições também mostram que muitos quilómetros abaixo da superfície fria existe provavelmente um vasto oceano de água líquida que poderia, em princípio, abrigar vida.
Em 2028, a agência espacial norte-americana NASA planeja lançar a sonda espacial Dragonfly, que deverá chegar a Titã em 2034. O objetivo é estudar a química prebiótica, a química antes da vida, e procurar sinais de vida.
Observação
* Sobre substâncias polares e apolares: As substâncias polares contêm moléculas que possuem uma distribuição de carga assimétrica (um lado positivo e um lado negativo), enquanto as substâncias apolares têm uma distribuição de carga simétrica. Moléculas polares e apolares raramente se misturam, porque as moléculas polares preferem umas às outras através de interações eletrostáticas.
