Команда исследователей из Рурского университета в Бохуме и университета Неймегена обнаружила, что при близких к абсолютному нолю температурах кислоты могут не отдавать протон основаниям. Процесс зависит от порядка взаимодействия реагентов и должен быть учтен при исследованиях химических реакций, протекающих в межзвездных облаках. Результаты исследования были опубликованы в Science Advances.
«Химия в космосе отнюдь не проста. Она может быть даже более сложной, чем химия на Земле. Механизм химического процесса может зависеть не только от соотношений реагирующих компонентов, но и от порядка, в котором они взаимодействуют друг к другу», — отметил один из соавторов работы, сотрудник Рурского университета профессор Доминик Маркс.
Согласно теории Бренстеда-Лоури кислоты — это соединения, которые способные отдавать протон (положительно заряженный ион водорода). Если в нормальных условиях соляная кислота вступает в контакт с молекулами воды, то кислота немедленно диссоциирует, высвобождая свой протон. От кислоты остается отрицательный хлорид-ион (Cl-), а вода принимает протон, заряжаясь положительно (H3O+). Однако в открытом космосе при температуре в -263 °C процесс может идти иначе.
Для того, чтобы проследить поведение кислот в пыли межзвездных облаков, команда исследователей проводила химические реакции в капле гелия, который при температурах, близких к абсолютному нолю (-273 °C) приобретает свойство сверхтекучести. Чтобы отслеживать течение химической реакции, ученые направляли инфракрасное излучение на каплю и регистрировали пики поглощения такового. Метод позволяет следить за низкочастотными молекулярными колебаниями, а значит и за формированием и распадом соединений. Компьютерное моделирование помогло ученым интерпретировать полученные результаты.
Сперва к молекуле хлорной кислоты добавили четыре молекулы воды поочередно. По ходу процесса кислота диссоциировала, отдавая свой протон одной из молекул воды, которая превратилась в ион гидроксония (H3O+). В итоге, три молекулы воды, ион гидроксония и хлорид-ион образовали кластер. Однако если четыре молекулы воды вводились не последовательно, а одновременно в виде кристаллической структуры, хлорная кислота не диссоциировала и протон оставался связан с хлоридом.