Nueva clase de sustancias detectadas en química atmosférica
Los hidrotrióxidos representan una clase de sustancias en la atmósfera hasta ahora desapercibidas, cuyos efectos sobre la salud y el medio ambiente necesitan ser investigados
Hasta ahora, solo había especulaciones sobre 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 importantes hidrocarburos, como el isopreno y el alfa-pineno. Mediante cálculos de química cuántica y cálculos de modelos, se han estimado datos importantes sobre esta nueva clase de sustancias. Alrededor de 10 millones de toneladas métricas por año se forman en la atmósfera terrestre a través de la oxidación del isopreno.
Algunas propiedades de estas nuevas sustancias
Se estima que la vida útil de los ROOOH es de minutos a horas. Los hidrotrióxidos representan una clase de sustancias en la atmósfera hasta ahora desapercibidas, cuyos efectos sobre la salud y el medio ambiente necesitan ser investigados, escriben los investigadores liderados por el Instituto Leibniz para la Investigación Troposférica (TROPOS) en la edición actual de la reconocida revista científica SCIENCE.
La capa inferior de la atmósfera terrestre es un gran reactor químico en el que se convierten cada año varios 100 millones de toneladas métricas de hidrocarburos, lo que finalmente conduce a la formación de dióxido de carbono y agua. Estos hidrocarburos son emitidos por bosques o fuentes antropogénicas. Se produce una amplia variedad de procesos de oxidación, de los cuales solo algunos se comprenden bien.
Un enfoque reciente de la investigación atmosférica es sobre los hidrotrióxidos (ROOOH)
Se trata de sustancias gaseosas con un grupo formado por tres átomos de oxígeno consecutivos "O" y un átomo de hidrógeno "H", que se encuentra unido a un resto orgánico (R).
Los hidroperóxidos (ROOH) con dos átomos de oxígeno son conocidos y probados desde hace mucho tiempo. En la literatura, se ha especulado previamente que podría haber sustancias en la atmósfera que lleven no solo dos átomos de oxígeno (ROOH) sino también tres átomos de oxígeno (ROOOH). En 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, alrededor de - 80 °C, y siguen reaccionando. Hasta ahora se desconocía si esta clase de sustancia también existe como gas en la atmósfera a temperaturas significativamente más altas.
En su estudio, investigadores del Instituto Leibniz para la Investigación Troposférica (TROPOS), la Universidad de Copenhague y el Instituto de Tecnología de California (Caltech) ahora han podido proporcionar evidencia directa por primera vez de que la formación de hidrotrióxidos también tiene lugar bajo condiciones atmosféricas a partir de la reacción de radicales peroxi (RO2) con radicales hidroxilo (OH). Las investigaciones de laboratorio se realizaron principalmente en TROPOS en Leipzig en un tubo de flujo de chorro libre a temperatura ambiente y una presión de aire de 1 bar, combinado con el uso de espectrómetros de masas muy sensibles.
Las investigaciones 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 evaluación inicial 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 predominantes en la atmósfera (radicales RO2 y OH)", informa el profesor Henrik G. Kjaergaard de la Universidad de Copenhague.
"Es muy sorprendente que estas interesantes moléculas sean tan estables con un contenido de oxígeno tan alto. Se necesita más investigación para determinar el papel de los hidrotrióxidos para la salud y el medio ambiente", enfatiza el Dr. Torsten Berndt de TROPOS.
"Nuestro estudio ha demostrado que la observación directa de los hidrotrióxidos mediante espectrometría de masas es factible. Esto significa que ahora es posible investigar más a fondo estos compuestos en diferentes sistemas, incluida, quizás, la cuantificación de su abundancia en el medio ambiente". explica el Prof. Paul O. Wennberg de Caltech.
La importancia de la primera detección exitosa de esta nueva clase de sustancias "hidrotrióxidos" solo se aclarará en los próximos años. Sin embargo, con la prueba experimental y el conocimiento actual, el estudio de investigación de Berndt et al. ha sentado unas primeras bases que también deberían despertar el interés de otros grupos de investigación.
Referencia
Hydrotrioxide (ROOOH) formation in the atmosphere. Torsten Berndt et al., 2022. SCIENCE. DOI: 10.1126/science.abn6012
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn6012