HEMIJA SVEMIRA

Ivan Kremer

Zagonetni metantetrol

Drugačiji reakcioni svet

Tim naučnika sa Univerziteta na Havajima, simulirajući svemirske uslove, sintetisao je dosad samo teorijski pretpostavljen molekul metantetrol C(OH)₄, poznat i pod nazivom ortougljena kiselina H₄CO₄, za koga se smatra da postoji u međuzvezdanom prostoru. S obzirom na njegovu nestabilnost i gotovo nemoguć nastanak u zemaljskim uslovima, njegovo verovatno prisustvo u dubokom svemiru svedoči o potpuno različitoj hemijskoj kreativnosti tamošnjih uslova, što može imati važne implikacije za puteve nastajanja različitih organskih molekula u svemiru, a samim tim i potencijal za nastanak raznih oblika života.

Ovo jedinjenje može se posmatrati kao alkohol sa jednim C atomom i četiri hidroksilne grupe i takvom načinu posmatranja odgovara naziv metantetrol, gde se metan odnosi na posedovanje jednog C atoma, a tetrol na činjenicu da je u pitanju tetrahidroksilni alkohol, odnosno alkohol sa četiri OH grupe. Drugi način posmatranja ovog jedinjenja jeste da je u pitanju kiselina koja poseduje četiri vodonika (H) i ortokarbonatni (CO₄) kiselinski ostatak. Tom načinu posmatranja odgovara naziv ortougljena kiselina.

Postojanje ovog molekula pretpostavio je još 1922. godine nemački fizikohemičar Ernst Vilke. Međutim, njegova sinteza predstavljala je izazov više od stotinu godina. Pomenute poteškoće pri pokušajima sintetisanja nisu slučajne, s obzirom da nam opšta teorijska znanja iz organske hemije nalažu da je takav molekul izuzetno nestabilan. Sa druge strane, njegovi estri, opšte formule C(OR)₄, gde R predstavlja univerzalnu oznaku za alkil grupu, odnosno ugljovodonični niz, stabilni su i sintetisani. Trenutno se proučava njihova potencijalna primena u ulozi netoksičnih, ekološki prihvatljivih organskih rastvarača. Jedan od razloga očekivane nestabilnosti metantetrola jeste takozvano Erlenmajerovo pravilo koje nalaže da bi jedinjenja kod kojih se na istom ugljenikovom atomu nalazi više hidroksilnih grupa trebalo da budu termodinamički nestabilna. To pravilo kaže da bi se takvo jedinjenje brzo razložilo eliminacijom vode i formiranjem karbonilne, -C=O grupe, s obzirom da je dvostruka veza između ugljenika i kiseonika energetski povoljnija od dve jednostruke veze između ta dva atoma. Dodatno, prostorno odbijanje četiri hidroksilne grupe, kao i elektrostatičko odbijanje slobodnih elektronskih parova sa kiseonika iz tih hidroksilnih grupa, još više doprinose nestabilnosti ovog molekula.

U međuplanetarnoj praznini

Poznato je da, pri rastvaranju ugljen-dioksida u vodi, dolazi do njegove hidratacije do ugljene kiseline, H₂CO₃, ali da ni ona nije stabilna i da je pri sobnoj temperaturi ravnoteža pomerena ka postojanju ugljen-dioksida. Pretpostavlja se da je jedan u hiljadu molekula ugljen-dioksida u vodenom rastvoru zaista hidratisan. Da bi došlo do formiranja ortougljene kiseline, odnosno metantetrola, ta praktično nepostojeća ugljena kiselina morala bi se dalje hidratisati, do čega, naravno, ne dolazi pri normalnim uslovima. Neki teorijski proračuni sugerišu da bi metantetrol mogao postojati u čvrstom kristalnom obliku, pri visokom pritisku koji prevazilazi 50 gigapaskala. Ta činjenica navela je naučnike da sumnjaju na njegovo postojanje u unutrašnjosti gasnih džinova poput Urana i Neptuna, gde vlada visoki pritisak i prisutan je metan u izobilju. Za proveru te hipoteze potrebno je sačekati analiziranje sastava pomenutih planeta u nekim budućim misijama.

Uprkos svemu izrečenom u vezi nestabilnosti ovog jedinjenja, izgleda da je, u drastično različitim uslovima dubokog svemira, moguće postojanje nemogućih molekula poput ovoga.
Uslovi niskih temperatura od desetak stepeni kelvina, prisustvo kosmičkog zračenja, kao i raštrkanost polaznih molekula u praznini svemira, odnosno niska gustina njihovog nalaženja, verovatno dovode do potpuno novih reakcionih puteva, uveliko različitih od onih klasičnih. U takvim uslovima, mnoštvo jona, koji bi u zemaljskim uslovima dalje reagovali i nestali, poseduje stabilnost molekula jer su, usled raštrkanosti, odnosno niske gustine nalaženja prostorno daleko od drugih hemijskih vrsta sa kojima bi mogli da reaguju. Isto tako, mnogi molekuli koji su potpuno stabilni u zemaljskim uslovima, u svemiru se razlažu usled intenzivnog zračenja. Takvo razmišljanje navelo je tim sa Havaja i njihove saradnike da pomisle da bi, možda u svemiru, ipak mogao nastati ovaj nedostižni molekul. Njihov cilj nije bio samo puko dokazivanje njegovog postojanja, već naprotiv - cilj je bio da njegovo postojanje dodatno potvrdi pretpostavke o ludoj, kontraintuitivnoj prirodi hemije u svemirskim uslovima i time još više skrene pažnju naučnih istraživanja na dalje proučavanje tog drugačijeg reakcionog sveta i potencijala hemijske raznolikosti koju on može iznedridi.

Potera u međuzvezdanom prostoru

U svrhu dokazivanja mogućnosti nastanka metantetrola u svemirskim uslovima, tim je mešavinu zaleđenih ugljen-dioksida i vode, na niskoj temperaturi od svega pet stepeni kelvina i uslovima visokog vakuuma izložio izuzetno brzim elektronima, koji su služili za simulaciju zračenja prisutnog u svemiru. U radu objavljenom tokom jula 2025. godine, tim koji je sproveo ove eksperimente detaljno je prikazao put nastajanja metantetrola iz ugljen-dioksida i vode, preko ugljene kiseline koja, pri sudarima slobodnih radikala nastalih usled ovih uslova, na više načina daje metantetrol. U radu je navedeno da je detekcija izvšena masenom spektrometrijom, a da je u cilju sigurnosti rezultata dodatno izvršen eksperiment pri kome je umesto vode korišćen deuterijom-oksid, D₂O. Svrha tog izotopskog obeležavanja bila je da se tim uveri da određeni, masenom spektrometrijom detektovani fragmetni, zaista nedvosmisleno ukazuju na predloženi reakcioni put i postojanje željenog molekula. Na osnovu rezultata pomenutog rada, naredni je korak uspešna detekcija signala ovog molekula u međuzvezdanom prostoru pomoću radioteleskopa, što bi onda zaokružilo celu priču. Ugljena kiselina, prekursor metantetrola u ovom eksperimentu, već je pre par godina uspešno detektovana u molekularnom oblaku u sazvežđu Strelac. Osim verovatnog mesta nalaženja metantetrola, u molekularnim oblacima u svemiru, njegovo prisustvo možda je moguće i u ledu koji čini komete.

Činjenica da u međuzvezdanom prostoru važe nešto drugačija pravila ponašanja hemijskih vrsta može biti i uznemirujuća nekim klasičnim hemičarima, posebno to može biti brisanje jasnih granica između definicija stabilnih molekula, jona, intermedijera i sličnih pojmova. Ali, veća pažnja ovom polju istraživanja preko je potrebna u potrazi za najdubljim pitanjima u vezi našeg postojanja. Sintetisanje simulacijom svemirskih uslova i skorašnja očekivana detekcija metantetrola, sigurno će u istoriji nauke biti upamćena kao deo velike prekretnice u shvatanju ponašanja Univerzuuma i nastanka života.

Ivan Kremer

Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"