As histórias de ficção científica estão repletas de esquemas de formação de terra e geradores de oxigênio por um bom motivo - nós, humanos, precisamos de oxigênio molecular (O ₂ ) respirar, e o espaço é essencialmente desprovido dele. Mesmo em outros planetas com atmosferas densas, O ₂ é difícil de conseguir.

Então, quando exploramos o espaço, precisamos trazer nosso próprio suprimento de oxigênio. Isso não é ideal porque muita energia é necessária para içar coisas para o espaço no topo de um foguete, e quando o suprimento acabar, já se foi.

Um lugar onde o oxigênio molecular aparece fora da Terra é nas nuvens de gás que fluem dos cometas. A fonte desse oxigênio permaneceu um mistério até dois anos atrás, quando Konstantinos P. Giapis, um professor de engenharia química na Caltech, e seu colega de pós-doutorado Yunxi Yao, propôs a existência de um novo processo químico que pudesse dar conta de sua produção. Giapis, junto com Tom Miller, professor de química, agora demonstraram uma nova reação para a geração de oxigênio que, segundo Giapis, poderia ajudar os humanos a explorar o universo e talvez até mesmo lutar contra a mudança climática em casa. Mais fundamentalmente, ele diz que a reação representa um novo tipo de química descoberta ao estudar cometas.

A maioria das reações químicas requer energia, que normalmente é fornecido como calor. A pesquisa de Giapis mostra que algumas reações incomuns podem ocorrer ao fornecer energia cinética. Quando as moléculas de água são atiradas como balas extremamente pequenas em superfícies que contêm oxigênio, como areia ou ferrugem, a molécula de água pode extrair esse oxigênio para produzir oxigênio molecular. Essa reação ocorre em cometas quando as moléculas de água vaporizam da superfície e são então aceleradas pelo vento solar até que colidam com o cometa em alta velocidade.

Cometas, Contudo, também emitem dióxido de carbono (CO ₂ ) Giapis e Yao queriam testar se CO ₂ também poderia produzir oxigênio molecular em colisões com a superfície do cometa. Quando eles encontraram O ₂ na corrente de gases saindo do cometa, eles queriam confirmar se a reação era semelhante à reação da água. Eles projetaram um experimento para quebrar o CO ₂ na superfície inerte da folha de ouro, que não pode ser oxidado e não deve produzir oxigênio molecular. Apesar disso, O O2 continuou a ser emitido da superfície de ouro. Isso significa que ambos os átomos de oxigênio vêm do mesmo CO ₂ molécula, efetivamente dividindo-o de uma maneira extraordinária.

"Na época, pensávamos que seria impossível combinar os dois átomos de oxigênio de um CO ₂ molécula junto porque CO ₂ é uma molécula linear, e você teria que dobrar a molécula severamente para que ela funcionasse, "Giapis diz." Você está fazendo algo realmente drástico com a molécula. "

Para entender o mecanismo de como o CO ₂ decompõe-se em oxigênio molecular, Giapis abordou Miller e seu colega de pós-doutorado Philip Shushkov, que projetou simulações de computador de todo o processo. Compreender a reação representou um desafio significativo devido à possível formação de moléculas excitadas. Essas moléculas têm tanta energia que seus átomos constituintes vibram e giram em um grau enorme. Todo esse movimento torna a simulação da reação em um computador mais difícil porque os átomos dentro das moléculas se movem de maneiras complexas.

"Em geral, moléculas excitadas podem levar a uma química incomum, então começamos com isso, "Miller diz." Mas, para nossa surpresa, o estado de excitação não criou oxigênio molecular. Em vez de, a molécula se decompôs em outros produtos. Em última análise, descobrimos que um CO severamente torto ₂ também pode se formar sem excitar a molécula, e isso poderia produzir O ₂ . "

O aparelho desenhado por Giapis para realizar a reação funciona como um acelerador de partículas, transformando o CO ₂ moléculas em íons, dando-lhes uma carga e, em seguida, acelerando-as usando um campo elétrico, embora com energias muito mais baixas do que as encontradas em um acelerador de partículas. Contudo, ele acrescenta que tal dispositivo não é necessário para que a reação ocorra.

"Você poderia atirar uma pedra com velocidade suficiente em algum CO ₂ e conseguir a mesma coisa, "ele diz." Precisaria estar viajando tão rápido quanto um cometa ou asteróide viaja pelo espaço. "

Isso poderia explicar a presença de pequenas quantidades de oxigênio que foram observadas no alto da atmosfera marciana. Especulou-se que o oxigênio está sendo gerado pela luz ultravioleta do sol que atinge o CO ₂ , mas Giapis acredita que o oxigênio também é gerado por partículas de poeira de alta velocidade que colidem com CO ₂ moléculas.

Ele espera que uma variação de seu reator possa ser usada para fazer a mesma coisa em escalas mais úteis - talvez um dia servindo como uma fonte de ar respirável para astronautas em Marte ou sendo usada para combater a mudança climática puxando CO ₂ , um gás de efeito estufa, fora da atmosfera da Terra e transformando-o em oxigênio. Ele reconhece, Contudo, que ambas as aplicações estão muito distantes porque a versão atual do reator tem um baixo rendimento, criando apenas uma a duas moléculas de oxigênio para cada 100 CO ₂ moléculas disparadas pelo acelerador.

"É um dispositivo final? Não. É um dispositivo que pode resolver o problema com Marte? Não. Mas é um dispositivo que pode fazer algo que é muito difícil, "diz ele." Estamos fazendo coisas malucas com este reator. "

O artigo que descreve as descobertas da equipe, intitulado "Evolução direta de dioxigênio em colisões de dióxido de carbono com superfícies, "aparece na edição de 24 de maio de Nature Communications .