Il Ruolo dell'Ethanolo e dell'Etilamina nella Chimica Spaziale

La chimica nello spazio è un argomento affascinante. Alcune molecole semplici compongono altre più complesse che potrebbero essere fondamentali per la vita. Due molecole semplici importanti in questo contesto sono l'Etanolo e l'etilamina. Queste appartengono a un gruppo di composti noti come molecole organiche complesse interstellari (iCOMs). Sono molecole che contengono tra sei e dodici atomi, inclusi carbonio e altri atomi non metallici come azoto, ossigeno, zolfo o fosforo. Sono i composti organici più semplici formati nello spazio e si pensa siano i mattoni per molecole organiche più complesse rilevanti per la biologia, come gli amminoacidi, le basi nucleotidiche e gli zuccheri.

#Etilamina e Etanolo come Precursori

L'etilamina è considerata un precursore dell'alanina, mentre la metilamina è un genitore della glicina - entrambi amminoacidi importanti. Sia l'etilamina che la metilamina sono state avvistate nella cometa 67P/C-G, insieme alla glicina. Sono state anche rilevate nella cometa 81P/Wild2 durante la missione Stardust. Nel Mezzo Interstellare (ISM), l'etilamina è stata rilevata in modo provvisorio nella nube centrale galattica G+0.693-0.027. Al contrario, l'etanolo è stato rilevato in molte comete e in aree calde e fredde dello spazio. Recentemente è stato trovato anche in strati ghiacciati.

La rilevazione dell’etanolo in regioni calde aveva senso a causa delle temperature lì. Tuttavia, trovarlo in luoghi più freddi è stato sorprendente e ha posto sfide agli scienziati che studiano l'astrochimica. L'attenzione sull'etanolo è aumentata dopo che gli scienziati hanno notato un legame tra le quantità di glicolaldeide e etanolo in una zona specifica chiamata L1157-B1. Dopo questo, gli scienziati hanno proposto una serie di reazioni a partire dall'etanolo che potrebbero portare alla glicolaldeide, indicando la possibilità che l'etanolo possa dar vita anche all'acido formico e ad altre molecole organiche complesse.

#Esplorando la Reattività dell'Etilamina

Nonostante la sua importanza, la reattività dell'etilamina non è stata studiata a fondo a causa della sua scarsità di rilevamento nello spazio. Tuttavia, studi hanno dimostrato che quando il ghiaccio contenente metilamina è esposto a luce UV o calore, produce vari prodotti, dimostrando come la complessità possa aumentare durante il processo.

Tipicamente, la formazione dell'etilamina è legata a reazioni tra ammoniaca e composti a base di carbonio su strati di ghiaccio. Quando alcuni ghiacci sono esposti a radiazione cosmica a basse temperature, possono portare alla formazione di etilamina. A temperature più elevate, reazioni che coinvolgono carbonio e azoto possono generare etilamina e altri prodotti.

D'altra parte, la formazione dell'etanolo è stata ampiamente studiata. Gli scienziati hanno identificato sia vie energetiche che non energetiche per la sua produzione, come esporre ghiacci specifici a luce UV o mescolarli con atomi di idrogeno. Molti sforzi di ricerca si sono concentrati sul simulare come si forma l'etanolo a basse temperature sui grani di polvere nello spazio.

La differenza nel numero di studi su etanolo ed etilamina è probabilmente legata alle sfide di rilevamento affrontate dall'etilamina. Potrebbe nascondersi negli strati di ghiaccio piuttosto che nella fase gassosa, reagire rapidamente quando entra nella fase gassosa, o avere caratteristiche spettrali sovrapposte ad altre molecole, rendendo difficile la sua identificazione. Pertanto, questo studio di ricerca si è concentrato sul primo punto: capire come interagiscono etilamina ed etanolo con le superfici del ghiaccio.

#L'Importanza dell'Energia di legame

Per comprendere meglio queste interazioni, i ricercatori si concentrano su un fattore chiave chiamato energia di legame (BE). Questa energia misura quanto forte una molecola è tenuta su una superficie. Determina se una molecola può muoversi o scappare quando le temperature cambiano. Le stime iniziali delle BE per queste due molecole suggerivano forze di interazione diverse, il che ha spinto a una maggiore indagine sui loro meccanismi.

Le energie di legame di etanolo ed etilamina sono state esplorate su superfici di ghiaccio d'acqua cristallino e amorfo. I ricercatori hanno anche esaminato le energie coesive dei cristalli di queste due molecole per interpretare meglio i risultati sperimentali.

Nei modelli astro chimici, conoscere la BE è cruciale. Aiuta i ricercatori a determinare come si comportano le molecole in condizioni specifiche, specialmente quando le temperature aumentano e le molecole potrebbero desorbire dalla superficie.

#Metodi di Indagine

Per studiare le energie di legame delle molecole sul ghiaccio, i ricercatori hanno usato una combinazione di simulazioni computazionali e esperimenti di laboratorio. La parte computazionale ha coinvolto l'uso di software di chimica quantistica per creare modelli che riflettessero come queste molecole potrebbero comportarsi in diverse condizioni.

La parte sperimentale è stata condotta utilizzando una configurazione specializzata. I ricercatori hanno creato strati sottili di ghiaccio e poi hanno depositato etanolo ed etilamina per studiare come interagivano con il ghiaccio. Hanno monitorato come le molecole desorbevano alzando la temperatura.

#Risultati: Energie di Legame di Etanolo ed Etilamina

Dopo aver condotto i loro esperimenti e simulazioni, i ricercatori hanno trovato che le BE per l'etanolo variavano da 26.0 a 61.6 kJ/mol quando si trovava sulla superficie di acqua solida amorfa. Al contrario, le BE dell'etilamina variavano da 19.1 a 71.7 kJ/mol.

I risultati hanno mostrato che etanolo ed etilamina si legano in modo diverso al ghiaccio. L'etanolo tende a mostrare interazioni più forti nello stato amorfo, mentre le interazioni dell'etilamina variano maggiormente in base al tipo di interazione che forma con le molecole d'acqua.

Le misurazioni di legame hanno anche rivelato che una grande parte della popolazione di etilamina potrebbe desorbire a temperature leggermente più basse rispetto all'etanolo su ghiaccio d'acqua, evidenziando comportamenti diversi nel modo in cui interagiscono con le superfici.

#Implicazioni per la Chimica Interstellare

Questi risultati hanno importanti implicazioni per la nostra comprensione dell'ambiente chimico nello spazio. L'etanolo e l'etilamina sono importanti perché potrebbero servire come precursori di molecole più complesse che sono vitali per la vita.

La presenza di etanolo in regioni fredde dello spazio solleva domande sui meccanismi responsabili della sua sopravvivenza in tali condizioni. L'etilamina, tuttavia, è stata trovata solo in quantità limitate in aree specifiche, suggerendo che potrebbe non essere così prevalente come l'etanolo nel mezzo interstellare.

L'energia di desorbimento di queste molecole gioca un ruolo cruciale nel determinare se rimangono in forma solida o passano alla fase gassosa all'interno della complessa chimica dello spazio. Questa distinzione è essenziale per capire il potenziale di questi composti di contribuire alla formazione di pianeti e altri corpi celesti.

#Conclusione

In sintesi, lo studio di etanolo ed etilamina rivela molto sulla natura dei processi chimici nello spazio. Mentre l'etanolo si trova in vari ambienti, la rarità dell'etilamina solleva domande sulla sua formazione e sopravvivenza. Le differenze nelle loro energie di legame e interazioni con il ghiaccio evidenziano il comportamento complesso delle molecole nello spazio.

Comprendere queste interazioni fornisce preziose intuizioni sul ruolo delle molecole organiche semplici nello sviluppo di sistemi biologici più complessi. Man mano che gli scienziati continuano a esplorare la chimica dello spazio, la conoscenza acquisita dallo studio di questi composti farà luce sulle origini della vita e sulle possibilità di vita esistente altrove nell'universo.