Di bulan terbesar Saturnus, air dan minyak akan bercampur sehingga membuka pintu bagi kimia eksotik di tata surya kita
Kondisi dingin di permukaan bulan terbesar Saturnus, Titan, memungkinkan molekul sederhana di atmosfernya melanggar salah satu aturan paling mendasar dalam kimia, sebuah studi baru menunjukkan.
Menurut prinsip ini, yang dikenal sebagai “like disolves like”, campuran yang mengandung komponen polar dan nonpolar, seperti minyak dan air, biasanya tidak bercampur dan malah membentuk lapisan terpisah.
“Hal ini bertentangan dengan aturan dalam kimia, ‘seperti larut seperti’, yang pada dasarnya berarti bahwa zat polar dan nonpolar tidak boleh digabungkan,” kata penulis utama studi tersebut. Martin Rahmseorang profesor kimia, biokimia dan teknik kimia di Universitas Teknologi Chalmers, mengatakan dalam a penyataan.
Studi baru, diterbitkan 23 Juli di jurnal PNASmenantang pilar yang telah lama dipegang kimia dan dapat membuka pintu bagi penemuan struktur padat yang lebih eksotis di seluruh dunia tata surya.
Menciptakan kembali permukaan Titan
Berdasarkan penelitian, kondisi permukaan Titan sangat mirip dengan kondisi Bumi awal. Atmosfernya mengandung nitrogen tingkat tinggi serta senyawa hidrokarbon sederhana metana dan etana, yang berputar dalam sistem cuaca lokal, seperti siklus air di bumi.
Namun, hingga saat ini, para peneliti masih belum yakin dengan nasib hidrogen sianida yang dihasilkan oleh reaksi di atmosfer tersebut. Apakah itu disimpan di permukaan sebagai benda padat? Apakah ia bereaksi dengan lingkungannya? Atau bisakah ia diubah menjadi molekul pertama kehidupan?
Untuk menyelidiki pertanyaan-pertanyaan ini, tim NASA meniru kondisi di permukaan Titan dengan menggabungkan campuran metana, etana, dan hidrogen sianida pada suhu sekitar minus 297 derajat Fahrenheit (minus 183 derajat Celcius). Analisis spektroskopi – cara mempelajari bahan kimia melalui interaksinya dengan panjang gelombang cahaya yang berbeda – menghasilkan hasil yang tidak terduga, menunjukkan bahwa senyawa-senyawa yang kontras ini berinteraksi jauh lebih dekat daripada yang pernah diamati sebelumnya.
Tampaknya molekul metana dan etana nonpolar telah masuk ke dalam celah dalam struktur kristal padat hidrogen sianida – sebuah proses yang dikenal sebagai interkalasi – untuk menciptakan kokristal yang tidak biasa yang mengandung kedua rangkaian molekul tersebut.
Biasanya, molekul polar dan nonpolar tidak bercampur. Senyawa polar, seperti air dan hidrogen sianida, memiliki distribusi muatan yang tidak merata di seluruh molekul, sehingga menciptakan beberapa area yang sedikit positif dan area lainnya sedikit negatif. Daerah yang bermuatan berlawanan ini tertarik satu sama lain, membentuk interaksi antarmolekul yang kuat antara molekul-molekul polar yang berbeda dan sebagian besar mengabaikan komponen nonpolar.
Sementara itu, minyak dan hidrokarbon nonpolar memiliki susunan muatan yang sepenuhnya simetris dan berinteraksi sangat lemah dengan molekul nonpolar di sekitarnya dan tidak berinteraksi sama sekali dengan partikel polar. Akibatnya, campuran yang mengandung komponen polar dan nonpolar, seperti minyak dan air, biasanya membentuk lapisan berbeda.
Untuk menjelaskan pengamatan aneh mereka, tim NASA bekerja sama dengan para peneliti di Universitas Teknologi Chalmers untuk memodelkan ratusan struktur co-kristal potensial, menilai kemungkinan stabilitas masing-masing struktur tersebut dalam kondisi di Titan.
“Perhitungan kami memperkirakan tidak hanya campuran tak terduga tersebut stabil dalam kondisi Titan, namun juga spektrum cahaya yang bertepatan dengan pengukuran NASA,” jelas Rahm.
Analisis teoretis mereka mengidentifikasi beberapa kemungkinan bentuk kristal stabil, yang menurut mereka distabilkan oleh peningkatan kekuatan gaya antarmolekul dalam padatan hidrogen sianida yang dipicu oleh pencampuran ini.
Kombinasi ketat antara teori dan eksperimen mereka sangat mengesankan Athena Coustenisseorang ilmuwan planet di Observatorium Paris-Meudon di Perancis. Dia sangat antusias melihat bagaimana data masa depan, termasuk data dari wahana Dragonfly milik NASA (yang dijadwalkan tiba di Titan pada tahun 2034), akan melengkapi temuan penelitian tersebut.
“Membandingkan spektrum laboratorium dengan data misi Dragonfly yang akan datang dapat mengungkap ciri-ciri padatan ini di permukaan Titan, memberikan wawasan tentang peran geologisnya dan potensi pentingnya sebagai lingkungan reaksi prebiotik bersuhu rendah,” kata Coustenis kepada Live Science melalui email. Penelitian lebih lanjut bahkan dapat memperluas pendekatan ini pada molekul lain yang mungkin dihasilkan oleh atmosfer Titan, termasuk cyanoacetylene (HC3N), asetilena (C2H2), hidrogen isosianida (HNC), dan nitrogen (N2), katanya. “[This] akan menguji apakah pencampuran tersebut merupakan ciri umum kimia organik Titan.”
