Новости химической науки > Космическая пыль как химические заводы

Исследователи заглядывают в космическое пространство, пытаясь найти ответы на вопрос о происхождении строительных блоков биологически активных молекул.

До настоящего времени на земле так и не были обнаружены молекулы, которые полноправно могли бы считаться прекурсорами для строительных блоков живых систем. Однако в межзвездных пространствах нашей галактики уже обнаружена богатая смесь сложных органических химических соединений, что вызывает закономерный вопрос – как эти вещества были синтезированы?

Рисунок из Phys. Chem. Chem. Phys., 2010, 12, 3072

В основном, пространство между звездами представляет собой физический вакуум с редко встречающимися атомами и молекулами. Тем не менее, в газопылевых облаках, находящихся в межзвездном пространстве, могут находиться высокие концентрации химических веществ. Эти газопылевые облака могут служить своеобразным инкубатором для синтеза самых разнообразных химических веществ. В настоящее время в газопылевых облаках обнаружено более 140 различных соединений. Для изучения способов образования этих соединений разработано большое количество компьютерных моделей, однако эти модели не в состоянии описать образование ряда многоатомных молекул, происхождение которых остается одной из самых интересных загадок химии межзвездного пространства.

Для современного уровня развития астрохимии важным фактором, влияющим на образование органических соединений, является межзвездная пыль. Так, молекула водорода – самая распространенная в межзвездном пространстве [interstellar medium (ISM)] молекула образуется на поверхности пылинок из газопылевых туманностей. До настоящего времени компьютерные модели рассматривают пылинки просто как относительно инертную поверхность, адсорбирующую реагенты перед протеканием реакции. Тем не менее, существует вероятность того, что пылинки могут играть активную роль в химическом синтезе.

Недавно была предложена новая гипотеза, позволяющая объединить химический синтез органических веществ, протекающий на поверхности космических пылинок, с электрическим зарядом, локализованным на поверхности этих пылинок. Индивидуальные пылинки могут приобретать отрицательный заряд за счет захвата электронов в области облака, где газ ионизирован и положительный – на границе пылевых облаков, где электромагнитное излучение обладает достаточной энергией, чтобы выбить электроны из пылевых зерен.

Новая гипотеза основывается на том факте, что поверхности, несущие электрический заряд, могут играть роль восстановителей (если они несут отрицательный заряд) или окислителей (при положительном заряде). Таким образом перенос электронов с зерен или на зерна может управлять окислительно-восстановительными реакциями органических соединений, протекающими на поверхности пылинок и неблагоприятными для других условий.

На настоящий момент практически ничего неизвестно о протекании окислительно-восстановительных реакций на границе раздела фаз твердая поверхность-газ, однако комбинация известных закономерностей, однако исследователи уверены, что смогут разработать мeханизм, объясняющий образование органических соединений в межзвездном пространстве с участием заряженных частичек космической пыли, использовав для построения модели информацию о закономерностях окислительно-восстановительных реакций на границе жидкость-твердое вещество. Отдельная пылинка может выступать в роли отдельного электрода для электрохимической реакции в газовой фазе. Одна пылинка диаметром 10 нм, принимающая, скажем, 32 электрона, меняет свой электрический потенциал на 1 эВ, что является вполне достаточным для активации многих химических реакций.

Предполагается, что образование в межзвездной среде больших молекул (содержащих более 6 атомов) протекает по механизму, в рамках которого реакции окисления или восстановления протекают в строго определенной области межзвездного газопылевого облака. Исследователи надеются, что при определенной доработке предложенный механизм окислительно-восстановительных реакций на границе газ-твердое тело может также быть полезным для описания химии верхних слоев атмосферы.

Источник: Phys. Chem. Chem. Phys., 2010, 12, 3072; DOI: 10.1039/b917817a

метки статьи: #космохимия, #органическая химия, #физическая химия, #химия поверхности