O Papel do Etanol e da Etilamina na Química Espacial

A química no espaço é um assunto fascinante. Algumas moléculas simples formam moléculas mais complexas que podem ser essenciais para a vida. Duas moléculas simples importantes nesse contexto são o Etanol e a etilamina. Elas fazem parte de um grupo de compostos conhecidos como moléculas orgânicas complexas interestelares (iCOMs). Essas são moléculas que contêm entre seis e doze átomos, incluindo carbono e outros átomos não metálicos como nitrogênio, oxigênio, enxofre ou fósforo. Elas são os compostos orgânicos mais simples formados no espaço e acredita-se que sejam os blocos de construção para moléculas orgânicas mais complexas relevantes para a biologia, como Aminoácidos, nucleobases e açúcares.

#Etilamina e Etanol como Precursores

A etilamina é vista como um precursor da alanina, enquanto a metilamina é uma base para a glicina - ambos são aminoácidos importantes. Tanto a etilamina quanto a metilamina foram encontradas no cometa 67P/C-G, junto com a glicina. Elas também foram detectadas no cometa 81P/Wild2 durante a missão Stardust. No Meio Interestelar (ISM), a etilamina foi detectada de forma provisória na nuvem do centro galáctico G+0.693-0.027. Em contraste, o etanol foi detectado em muitos cometas e em áreas quentes e frias do espaço. Recentemente, também foi encontrado em camadas de gelo.

A detecção de etanol em regiões quentes fez sentido devido às temperaturas lá. No entanto, encontrá-lo em lugares mais frios foi surpreendente e trouxe desafios para os cientistas que estudam a astroquímica. O foco no etanol aumentou depois que os cientistas notaram uma ligação entre as quantidades de glicolaldeído e etanol em uma área específica chamada L1157-B1. Depois disso, os cientistas propuseram uma série de reações a partir do etanol que poderiam levar ao glicolaldeído, apontando para a possibilidade de que o etanol também poderia dar origem ao ácido fórmico e outras moléculas orgânicas complexas.

#Explorando a Reatividade da Etilamina

Apesar de sua importância, a reatividade da etilamina não foi totalmente estudada devido à sua detecção escassa no espaço. No entanto, estudos mostraram que, quando o gelo contendo metilamina é exposto à luz UV ou ao calor, ele produz vários produtos, demonstrando como a complexidade pode aumentar durante o processamento.

Normalmente, a formação de etilamina está ligada a reações entre amônia e compostos à base de carbono em camadas de gelo. Quando certos gelos são expostos à radiação cósmica em baixas temperaturas, pode resultar na formação de etilamina. Em temperaturas mais altas, reações envolvendo carbono e nitrogênio podem gerar etilamina e outros produtos.

Por outro lado, a formação de etanol foi extensivamente estudada. Cientistas identificaram tanto caminhos energéticos quanto não energéticos para sua produção, como expor certos gelos à luz UV ou misturá-los com átomos de hidrogênio. Muitos esforços de pesquisa se concentraram em simular como o etanol se forma em baixas temperaturas em grãos de poeira no espaço.

A diferença no número de estudos sobre etanol e etilamina provavelmente está relacionada aos desafios de detecção enfrentados pela etilamina. Ela pode estar escondida em camadas de gelo em vez da fase gasosa, reagir rapidamente ao entrar na fase gasosa ou ter características espectrais sobrepostas com outras moléculas, dificultando a identificação. Portanto, este estudo de pesquisa se concentrou no primeiro ponto: entender como a etilamina e o etanol interagem com as superfícies do gelo.

#A Importância da Energia de Ligação

Para entender melhor essas interações, os pesquisadores se concentram em um fator chave chamado energia de ligação (BE). Essa energia mede quão forte uma molécula está presa a uma superfície. Ela determina se uma molécula pode se mover ou escapar quando as temperaturas mudam. As estimativas iniciais das BEs para essas duas moléculas sugeriram diferentes intensidades de interações, o que levou a mais investigações sobre seus mecanismos.

As energias de ligação do etanol e da etilamina foram exploradas em superfícies de gelo de água cristalino e amorfo. Os pesquisadores também examinaram as energias coesivas dos cristais dessas duas moléculas para interpretar melhor os resultados experimentais.

Em modelos astroquímicos, conhecer a BE é crucial. Ela ajuda os pesquisadores a determinar como as moléculas se comportam sob condições específicas, especialmente quando as temperaturas aumentam e as moléculas podem se desprender da superfície.

#Métodos de Investigação

Para estudar as energias de ligação das moléculas no gelo, os pesquisadores usaram uma combinação de simulações computacionais e experimentos de laboratório. A parte computacional envolveu o uso de software de química quântica para criar modelos que refletissem como essas moléculas poderiam se comportar sob várias condições.

A parte experimental foi realizada usando uma configuração especializada. Os pesquisadores criaram camadas finas de gelo e, em seguida, depositaram etanol e etilamina para estudar como elas interagiam com o gelo. Eles monitoraram como as moléculas se desprendiam à medida que aumentavam a temperatura.

#Descobertas: Energias de Ligação do Etanol e da Etilamina

Após realizar seus experimentos e simulações, os pesquisadores descobriram que as BEs para o etanol variavam de 26,0 a 61,6 kJ/mol quando estavam na superfície de água sólida amorfa. Em contraste, as BEs da etilamina variaram de 19,1 a 71,7 kJ/mol.

Os resultados mostraram que etanol e etilamina se ligam de forma diferente ao gelo. O etanol tende a mostrar interações mais fortes no estado amorfo, enquanto as interações da etilamina variam mais com base no tipo de interação que ela forma com as moléculas de água.

As medições de ligação também revelaram que uma grande parte da população da etilamina poderia se desprender em temperaturas ligeiramente mais baixas do que o etanol na água congelada, destacando comportamentos diferentes em como elas interagem com superfícies.

#Implicações para a Química Interestelar

Essas descobertas têm implicações significativas para nossa compreensão do ambiente químico no espaço. O etanol e a etilamina são importantes porque podem servir como precursores para moléculas mais complexas que são vitais para a vida.

A presença de etanol em regiões frias do espaço levanta questões sobre os mecanismos responsáveis por sua sobrevivência nessas condições. A etilamina, por outro lado, foi encontrada apenas em quantidades limitadas em áreas específicas, sugerindo que pode não ser tão prevalente quanto o etanol no meio interestelar.

A energia de desprendimento dessas moléculas desempenha um papel crucial na determinação de se elas permanecem em forma sólida ou transitam para a fase gasosa dentro da complexa química do espaço. Essa distinção é essencial para entender o potencial dessas compostas contribuírem para a formação de planetas e outros corpos celestes.

#Conclusão

Em resumo, o estudo do etanol e da etilamina revela muito sobre a natureza dos processos químicos no espaço. Enquanto o etanol é encontrado em vários ambientes, a raridade da etilamina levanta questões sobre sua formação e sobrevivência. As diferenças em suas energias de ligação e interações com o gelo destacam o comportamento complexo das moléculas no espaço.

Entender essas interações fornece insights valiosos sobre o papel de moléculas orgânicas simples no desenvolvimento de sistemas biológicos mais complexos. À medida que os cientistas continuam a explorar a química do espaço, o conhecimento adquirido ao estudar esses compostos iluminará as origens da vida e as possibilidades de vida existente em outros lugares do universo.