Послідовність введення реагентів при змішуванні води і соляної кислоти в імітуючих міжзоряних умовах виявилася ключовим фактором, що впливає на реактивність сполук. При додаванні води до соляної кислоти (HCl) вченим вдалося зафіксувати утворення іонів гідроксонію H3O +, що вказує на дисоціацію кислоти на протон і негативно заряджений іон хлору, в той час як нічого подібного не відбувалося при додаванні соляної кислоти до води. Автори відкриття вважають, що виявлений феномен може бути властивий і іншим кислотам, тому його необхідно враховувати при проведенні експериментів і симуляцій реакцій в умовах космічного простору, пишуть дослідники в журналі.
Дисоціація кислот, тобто розпад на іони при розчиненні, отримуються в результаті розчинені протони і супутні процеси відіграють ключову роль у безлічі процесів як живої, так і неживої природи. Ці феномени можуть значно залежати від температури середовища. Наприклад, реакції на крижаних кристалах у стратосферних хмарах за участю соляної кислоти при низьких температурах протікають інакше, ніж при кімнатних умовах.
Більшість досліджень про взаємодію соляної кислоти і крижаних кристалів в атмосфері проводилося при температурі 190 кельвінів, типової для полярних стратосферних хмар. У рамках цих робіт вдалося з'ясувати, що кислота розпадається на іони. Однак при більш низьких температурах дані різняться: у деяких дослідженнях йдеться лише про 15-відсоткову іонізацію при 60 кельвінах, а в інших - про 80 відсотків при 20 кельвінах.
Водяний лід поширений не тільки на Землі, але і на інших тілах Сонячної системи, а також і на більш віддалених об'єктах і між ними. Зокрема, він є в щільних міжзоряних хмарах пилу, де характерні температури становлять близько 10 кельвін. У такому контексті постає питання про вплив подібних умов середовища на фундаментальні хімічні процеси, наприклад, активність кислот і лужів. Якщо відсутність збудження через пов'язані з температурою коливань і наявністю інтенсивного потоку випромінювання призводить до виникнення нових феноменів, то це може бути важливо для розуміння ранньої хімічної еволюції, що протікала задовго до виникнення складних органічних сполук.
У роботі під керівництвом Мартіни Хавеніт (Martina Havenith) з Рурського університету в Німеччині описуються результати експериментів з лабораторного вивчення суміші води і соляної кислоти в умовах, що імітують міжзоряні пилинки. У рамках експериментів вчені досліджували поведінку кількох молекул речовин, укладених у нанорозмірну краплю надплинного гелію. Процес реакції в динаміці відстежували за допомогою імпульсів інфрачервоного лазера.
У рамках першого експерименту вчені послідовно додавали до молекули соляної кислоти чотири молекули води. У такому випадку кислота дисоціювала, і протон з'єднувався з водою, утворюючи гідроксоній. У результаті іон хлору, гідроксоній і три молекули води формували стабільну систему. В інших дослідах автори додавали молекулу соляної кислоти до заздалегідь сформованого кластеру з чотирьох молекул води. Це не призводило до розпаду кислоти і виникнення окремого протона, який залишався пов'язаний з хлором.
"Ці відкриття показують, що на фундаментальне питання про дисоціацію кислот і відповідної можливості будь-якої хімії кислот і підстав в умовах наднизьких температур не можна відповісти так" "або" "ні" ", - пишуть автори у висновках роботи. Таким чином «дисоціація» «і» «відсутність дисоціації» «є сторонами однієї медалі».
Вчені окремо зазначають, що немає підстав вважати, що подібна поведінка не буде властива іншим кислотам. Навпаки, воно швидше є відмінною рисою хімії низьких температур. «Космічна хімія аж ніяк не проста, вона може виявитися навіть складніше хімії в умовах поверхонь планет», - підсумовує співавтор роботи Домінік Маркс.
Нещодавно вченим вдалося знайти в космосі молекулу, яка вважається першим зв'язаним станом атомів у Всесвіті. Про пошуки нових сполук у космосі в складі далеких зірок і екзопланет ми писали в матеріалі «Космічна хімія».