Los científicos han descubierto la posible existencia de una nueva y extraña molécula relacionada con el agua. Apodado «aquodiium», este ion podría formarse en condiciones extremas y puede explicar algunas de las rarezas de los planetas gigantes de hielo de nuestro sistema solar.
Desde las primeras lecciones de ciencias en la escuela, sabemos que la fórmula química del agua es H2O, lo que significa que está formado por dos átomos de hidrógeno unidos a un átomo de oxígeno. Eso es cierto la gran mayoría de las veces, pero por supuesto, es no siempre tan simple: en aproximadamente 1 en 500 millones de moléculas de agua, los protones pueden moverse entre átomos, creando los iones relacionados hidróxido (OH–) e hidronio (H3oh+).
Para el nuevo estudio, investigadores de Rusia y China identificaron un nuevo tipo de ion acuoso que podría existir en condiciones exóticas. La clave está en una “plantilla” para producir moléculas plausibles, conocida como hibridación sp3: en resumen, ciertos átomos tienen cuatro “ranuras” para unirse con otros átomos o iones. En el caso del oxígeno, dos de estas ranuras están disponibles para los átomos, a menudo hidrógeno, y ¡bam!, tienes H.2Oh, agua normal. Las otras dos ranuras están ocupadas por pares de electrones, que no pueden formar enlaces con átomos pero pueden atrapar protones sueltos. Tira uno extra y tendrás hidronio. El último espacio normalmente permanece vacío, pero el equipo se preguntaba si siempre tendría que ser así.
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«La pregunta era: ¿se puede añadir otro protón al ion hidronio para completar la pieza que falta?», dijo el profesor Xiao Dong, autor correspondiente del estudio. “Esta configuración en condiciones normales es energéticamente muy desfavorable, pero nuestros cálculos muestran que hay dos cosas que pueden hacer que esto suceda. En primer lugar, una presión muy alta obliga a la materia a reducir su volumen, y compartir un par de electrones de oxígeno previamente no utilizados con un ion de hidrógeno (protón) es una buena manera de hacerlo: como un enlace covalente con hidrógeno, excepto que ambos electrones del par vienen del oxígeno. En segundo lugar, se necesitan muchos protones disponibles, y eso significa un ambiente ácido, porque eso es lo que hacen los ácidos: donar protones”.
Mediante simulaciones avanzadas, el equipo comprobó si esto podría suceder con ácido fluorhídrico y agua en condiciones extremas. Y efectivamente, cuando se sometió a alrededor de 1,5 millones de atmósferas de presión y temperaturas de alrededor de 3.000 °C (5.432 °F), comenzaron a aparecer nuevos iones. Llamados aquodiium, tenían la fórmula química de H4oh2+.
Curiosamente, estos extraños iones podrían resolver algunos misterios del sistema solar. Los gigantes de hielo, Urano y Neptuno, tienen extraños campos magnéticos que no se alinean con la rotación de los planetas ni con sus centros físicos. Aquodiium podría ser responsable de generar esos campos magnéticos y, curiosamente, las presiones y temperaturas en las profundidades de estos planetas son similares a las de las simulaciones del equipo.
«El hidrógeno que rodea el núcleo rocoso de Júpiter en esas condiciones es un metal líquido: puede fluir, como fluye el hierro fundido en el interior de la Tierra, y su conductividad eléctrica se debe a los electrones libres compartidos por todos los átomos de hidrógeno comprimidos entre sí», dijo. Artem R. Oganov, coautor del estudio. “Creemos que en Urano los propios iones de hidrógeno, es decir, los protones, son los portadores de carga libre. No necesariamente como H independiente+ iones, pero quizás en forma de hidronio H3oh+amonio NH4+y una serie de otros iones. Nuestro estudio añade una posibilidad más, la H4oh2+ ión, lo cual es extremadamente interesante desde el punto de vista químico”.
La investigación fue publicada en la revista. Revisión física B.
Fuente: Skoltec
