Ossigeno molecolare: nuova reazione chimica per produrlo

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La notizia della scoperta di una nuova reazione chimica che produce ossigeno molecolare, apre importanti prospettive per il futuro dell’esplorazione spaziale ma anche per la lotta ai cambiamenti climatici.  La notizia la trovate sul sito del CalTech mentre l’articolo scientifico è uscito su Nature Communications.
Curiosa e significativa coincidenza che gli scienziati, perlopiù chimici guidati da Konstantinos P. Giapis professore di ingegneria chimica al Caltech, abbiano scoperto la reazione osservando cosa avviene nelle comete, come a dire: “dallo spazio per l’esplorazione spaziale”.
Innanzitutto ribadiamo perché produrre ossigeno è essenziale per l’esplorazione spaziale, mi viene quasi da ridere a scriverlo ma …



fatto 1: a noi umani serve l’ossigeno, lo respiriamo;
fatto 2: nello spazio l’ossigeno è tutt’altro che comune (peggio ancora nella forma molecolare 02 quello che respiriamo);
fatto 3: (questo è quello meno banale per chi non è ferrato sull’argomento) portarselo da Terra è una soluzione dispendiosissima, si consuma carico utile sui razzi ed ovviamente se ne porta una qualità limitata destinata ad esaurirsi.
Quanto sopra fa sì  che quando si pensa alla colonizzazione o perlomeno a una missione a lungo termine su Marte sì pensa di individuare un luogo col famoso ghiaccio sporco, che ormai è certo essere presente su Marte, ed estrarre l’ossigeno da quello (oltre che l’acqua, anch’essa indispensabile ovviamente, per cui vale lo stesso discorso sul portarsela da casa). Ma se esistessero altri modi per produrre ossigeno? Se esistessero reazioni chimiche che non conoscevamo?
Giapis e il collega Tom Miller insieme agli altri collaboratori osservando le comete hanno scoperto un nuovo tipo di reazione che coinvolge l’anidride carbonica.
Facciamo di nuovo un passo indietro: la maggior parte delle reazioni chimiche richiedono dell’energia sotto forma di calore per innescarsi, ma è stato osservato che in alcuni casi l’energia cinetica può assolvere allo stesso compito, sulle comete, ha scoperto Giapis, le molecole d’acqua (H20) sospese nella chioma vengono sparate come proiettili sulla superficie, se la superficie è composta da materiali che a loro volta contengono ossigeno (come la sabbia o la ruggine) le molecole d’acqua possono strappare quell’ossigeno e creare ossigeno molecolare, cioè molecole formate da due atomi di ossigeno.



Ma non è finita qui la ricerca, le comete emettono anche anidride carbonica, cioè CO2 (qui le formule sono importanti per ricordare che l’anidride carbonica contiene ossigeno), gli scienziati volevano verificare se anche con l’anidride carbonica potesse succedere la stessa cosa, così hanno approntato un esperimento, hanno preso un foglio d’oro, perché l’oro non può essere ossidato e dunque bombardandolo con CO2 non si dovrebbe registrare emissione di ossigeno, invece dalla superficie durante l’esperimento veniva emesso ossigeno, il che vuol dire che tutto l’ossigeno veniva dalle molecole di anidride carbonica, per qualche straordinario motivo quando queste  si spaccavano gli atomi di ossigeno si riassemblavano a coppie nella forma di ossigeno molecolare.
Complicato? In realtà finora no, il peggio viene adesso,  ma lo racconto in maniera molto semplificata.
Abbiamo un muro (il foglio d’oro), abbiamo una molecola lineare composta da due atomi di ossigeno ai lati di un atomo di carbonio, apparentemente quando la molecola colpisce il muro i due atomi di ossigeno si staccano e si legano tra loro a creare un atomo di O2, il punto è che gli scienziati non capivano come e perché, le simulazioni al computer sul comportamento delle molecole eccitate mostravano che quel tipo di reazione avrebbe dovuto creare dei differenti sottoprodotti, alla fine però hanno scoperto che anche una molecola di anidride carbonica non eccitata ma distorta fortemente dall’impatto può formare ossigeno molecolare.  Per dirla semplice, spiega Giapis,  se tiri una pietra abbastanza forte (giusto la velocità a cui si muove un asteroide o una cometa) contro dell’anidride carbonica puoi ottenere il risultato.
Questo fenomeno può spiegare anche perché sono stare osservate piccole quantità di ossigeno nell’alta atmosfera marziana, qualcuno aveva ipotizzato che potesse essere l’effetto del bombardamento dei raggi solari sulle molecole di CO2   ma secondo l’ipotesi di Giapis e Miller potrebbe essere frutto dell’impatto di polvere con l’anidride carbonica.
Ora se si potesse costruire su più larga scala l’apparato, simile ad un acceleratore ma molto meno potente, usato per l’esperimento che ha provato questa reazione chimica, le applicazioni possibili potrebbero andare dal creare ossigeno respirabile su Marte ad eliminare CO2   (un gas serra) dall’atmosfera e sostituirlo con ossigeno.

Roberto Todini

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