Un’immagine rielaborata dei dati archiviati del Mariner 10 raccolti nel 1974. Si tratta di un’immagine in falsi colori creata utilizzando filtri arancione e ultravioletti rispettivamente per i canali rosso e blu. Le nuvole si trovano a circa 60 chilometri di altitudine e l’immagine illustra la presenza di uno sconosciuto assorbitore di raggi ultravioletti nell’atmosfera, un mistero irrisolto di Venere da tempo. Crediti: Nasa/Jpl-Caltech
Servendosi di sofisticate tecniche di chimica computazionale, un gruppo di scienziati ha individuato un nuovo modo con cui nell’atmosfera di Venere possono formarsi particelle di zolfo (simbolo chimico S, dal latino sulfur). Questi risultati potrebbero aiutare a scoprire l’identità a lungo ricercata del misterioso assorbitore di raggi ultravioletti sul pianeta più caldo del Sistema solare.
Lo zolfo esiste in molte forme allotropiche, ossia in forme nelle quali gli atomi delle molecole sono dello stesso elemento chimico. Beninteso, l’allotropia si riferisce alla struttura del legame chimico esistente fra atomi dello stesso tipo e non va confusa con i diversi stati fisici della materia (gas, liquido o solido).
«Sappiamo che l’atmosfera di Venere ha abbondanti particelle di SO2 e acido solforico. Ci aspettiamo che la distruzione di SO2 da parte della luce ultravioletta produca particelle di zolfo. Queste molecole sono composte da S atomico (zolfo) a S2, quindi S4 e infine S8. Ma come viene avviato questo processo, ovvero come si forma S2?», si domanda James Lyons del Planetary Science Institute, coautore dell’articolo pubblicato su Nature Communications.
Una possibilità è che S2 si formi a partire da due atomi di zolfo, quindi una reazione tra S e S. Due molecole di S2 possono quindi combinarsi per formare S4 e così via. Le molecole di zolfo possono formarsi per condensazione di S8 o per condensazione di S2, S4 e altri allotropi che poi si riorganizzano per formare S8.
«Le particelle di zolfo, e lo zolfo giallo che si trova più comunemente, sono costituite principalmente da S8, che ha una struttura ad anello. La struttura ad anello rende S8 più stabile contro la distruzione dei raggi Uv rispetto agli altri allotropi. Per formare S8 possiamo iniziare con due atomi di S e creare S2, oppure possiamo produrre S2 attraverso un altro percorso, che è quello che abbiamo descritto nell’articolo», spiega Lyons.
Le molecole di zolfo si presentano in molte forme chiamate allotropi, da S2 fino a S8. Il pedice indica il numero di atomi di S nell’allotropo. Gli autori dello studio pubblicato su Nature Communications indicano un nuovo percorso per la formazione di S2. Con S2 disponibile in atmosfera, vengono prodotti S4 e S8. Gli allotropi di zolfo S3 e S4 sono stati proposti per essere il misterioso assorbitore di raggi Uv nell’atmosfera di Venere. Sebbene non vi sia ancora consenso sull’identità dell’assorbitore, è molto probabile che sia coinvolta la chimica dello zolfo. Crediti: figura adattata da Jackson et al., Chem. Sci., 2016, pubblicato dalla Royal Society of Chemistry
«Abbiamo trovato una nuova via per la formazione di S2, la reazione del monossido di zolfo (SO) e del monossido di disolfuro (S2O), che è molto più veloce della combinazione di due atomi di S per produrre S2», ha detto Lyons.
«Per la prima volta, utilizziamo tecniche di chimica computazionale per determinare quali reazioni sono più importanti, piuttosto che aspettare che vengano eseguite misurazioni in laboratorio o utilizzare stime alquanto imprecise della velocità delle reazioni non studiate. Questo è un approccio nuovo e necessario per studiare l’atmosfera di Venere», continua Lyons. «Le persone sono riluttanti a misurare in laboratorio le costanti di velocità per le molecole composte da zolfo, cloro (Cl) e ossigeno (O): sono composti difficili e talvolta pericolosi con cui lavorare. I metodi computazionali sono la migliore – e davvero unica – alternativa».
I metodi di calcolo utilizzati per valutare le costanti di velocità e determinare i prodotti di reazione attesi sono modelli computazionali all’avanguardia – chiamati ab initio – che sono stati eseguiti dagli autori spagnoli e dall’Università della Pennsylvania.
«Questa ricerca illustra un altro percorso verso la formazione di particelle di S2 e zolfo. La chimica dello zolfo è dominante nell’atmosfera di Venere e molto probabilmente gioca un ruolo chiave nella formazione dell’enigmatico assorbitore di raggi Uv. Più in generale, questo lavoro apre le porte all’utilizzo di tecniche molecolari ab initio per districare la complessa chimica di Venere», conclude Lyons.
Per saperne di più:
- Leggi su Nature Communications l’articolo “Photochemical and thermochemical pathways to S2 and polysulfur formation in the atmosphere of Venus” di Antonio Francés-Monerris, Javier Carmona-García, Tarek Trabelsi, Alfonso Saiz-Lopez, James R. Lyons, Joseph S. Francisco e Daniel Roca-Sanjuán