Detectada una especie atmosférica intermedia buscada durante muchos años

Mediante una técnica espectroscópica de alta sensibilidad, los investigadores han detectado unas especies químicas elusivas involucradas en una reacción atmosférica común - la formación de dióxido de carbono a través de la combinación del monóxido de carbono, subproducto de la combustión en los motores, y de los radicales hidroxilo, que se forman de manera natural en el agua (Science 2016, DOI: 10.1126/science.aag1862).

Los hallazgos proporcionan una comprensión más precisa de la reacción, lo que permitirá mejorar el modelado de procesos atmosféricos que influyen en la polución del aire y el cambio climático.

Hace cuarenta y tres años, Ian W. M. Smith y Reinhard Zellner, de la Universidad de Cambridge, propusieron que la reacción se produce a través de un radical intermedio de hidrocarboxilo excitado, HOCO^•* (J. Chem. Soc. Faraday Trans.2 1973, DOI: 10.1039/f29736901617). Observaron que las colisiones con otras moléculas podrían desactivar HOCO^•* para formar HOCO^•, que puede participar en otras reacciones.

Pero el HOCO^• es tan reactivo y fugaz que, en todo este tiempo, ninguna técnica de las usadas para el estudio de de la reacción había sido lo suficientemente sensible para detectar HOCO^•  directamente bajo las condiciones en las que se forma de manera natural. Por lo tanto, los científicos no habían sido capaces de confirmar directamente el mecanismo de la reacción propuesto o de entender completamente los efectos de la presión y otras variables en su velocidad.

Bryce J. Bjork, Thinh Q. Bui y Jun Ye de JILA, una colaboración entre el National Institute of Standards & Technology y la Universidad de Colorado, Boulder, y sus colaboradores han usado ahora una técnica analítica de alta sensibilidad llamada espectroscopia de peine de frecuencia resuelta en el tiempo para detectar y cuantificar una forma deuterada de HOCO^•, DOCO^•, producida por reacción de radicales hidroxilo deuterados, (OD)^• con CO bajo condiciones naturales. La deuteración permitió a los investigadores confirmar que, en los experimentos, DOCO^• se forma a partir de (OD)^• solamente y no, por ejemplo, a partir del H₂O atmosférica.

Los peines de frecuencia son fuentes de luz de banda ancha. Ye y sus compañeros primero los aplicaron a la espectrocopia molecular hace una década aproximadamente y más recientemente han mejorado la resolución temporal de la técnica espectroscópica.

La detección de DOCO^• ayuda a confirmar que el HOCO^•* es el intermedio en la reacción atmosférica, tal y como Smith y Zellner habían propuesto. El estudio muestra que DOCO^• se forma experimentalmente con una tasa dependiente de niveles de tres especies -(OD)^•, CO, and a DOCO^•*- desactivando moléculas tales como el N₂ atmosférico. Los datos también revelaron una sorpresa: el CO es dos veces más efectivo que el N₂ en la desactivación del DOCO^•*.

“Nadie podría haber predicho esto, ya que los datos experimentales en otros sistemas indican que el CO y el N₂ son casi igualmente efectivos en la transferencia de energía vibracional” comenta el físico computacional John R. Barker de la Universidad de Michigan.

”El trabajo es emocionante,” añade el ex-presidente de la American Chemical Society Joseph S. Francisco de la Universidad de Nebraska, Lincoln, experto en espectroscopia de fase gaseosa y cinética. “La sensibilidad, alta resolución y capacidades de resolución temporal de la técnica lo convierten en un método de elección para estudios de intermedios de vida corta en entornos reactivos complejos”.

Traducción al español producida por Adrián Muñoz Mateo de Divulgame.org para C&EN. La versión original (en inglés) del artículo está disponible aquí.