Od CO i H2 do organskih spojeva u svemiru

Kako su nastali organski spojevi, od ugljikovodika do aminokiselina, pri stvaranju Sunčeva sustava? Odgovor nudi najnovije istraživanje: nastali su Fischer-Tropschovom reakcijom.

Nenad Raos subota, 7. kolovoza 2021. u 06:00

Tehnološki antropomorfizam je široj javnosti nepoznat pojam, no svima poznata pojava: to je nametanje prirodi ljudskih tehnoloških rješenja. Ili, da budem jasniji i točniji, tehnološki antropomorfizam je vjerovanje da priroda rješava probleme onako kako bi ih riješio čovjek. Kao dijete sam mislio da se u želucu kuha kao u nekakvoj kuhinji, da u njemu ima štednjaka, lonaca i rajngla – no nije to samo dječja mašta! Mozak se isprva uspoređivao s telefonskom centralnom, potom s kompjutorom, elektroničkim računalom. Štoviše, kada su se poslije Drugoga svjetskog rata pojavili prvi takvi strojevi, zvali su ih „elektronski mozgovi“. Nekako se prirodno nametala misao da se prirodni od elektronskog mozga razlikuje samo po tome što se u prvom nalaze neuroni, a u drugom elektronske cijevi.

Pa opet, koliko god tehnološki antropomorfizam bio naivan, on je u velikoj mjeri znanstveno opravdan. Jer znanstveno istraživanje treba polaziti od poznatog: baš kao što su nekoć pomorci polazili iz poznatih luka da bi otkrili nepoznate zemlje s druge strane horizonta.

Ovo mi je filozofsko razmatranje bilo potrebno kao uvod u znanstveni rad španjolskih astronoma i kemičara što se pod suhoparnim naslovom „Study of Fischer-Tropsch type reactions on chondritic meteorites“ pojavio na mrežnim stranicama časopisa Astronomy & Astrophysics. Tridesetih godina prošloga stoljeća njemački kemičari Franz Fischer i Hans Tropsch razvili su tehnološki postupak kojime su „plin za sintezu“ (Synthesegas), smjesu ugljikova monoksida i vodika, pretvarali u ugljikovodike i tako omogućili da se od dostupnog ugljena (kojim je Njemačka obilovala) dobiva gorivo i mazivo, naftni derivati koje je njihova zemlja morala uvoziti. Za to im je osim ugljena i vodene pare (C + H2O → CO + H2), trebao i katalizator, kojeg su uspjeli pripraviti od željeza i nikla.

Što su dakle napravili španjolski znanstvenici? Riječ je zapravo o vrlo jednostavnom pokusu: kroz užareni meteoritski prah propuhivali su smjesu CO i H2 u volumnom (i molarnom) omjeru 1:4. Kakav meteoritski prah? Njega su priredili usitnjavanjem hondrita, meteorita koji su nastali od najstarijih asteroida, onih u kojima još nije došlo do odvajanja silikatnih minerala od metala, slitina željeza i nikla. Željeza i nikla? Zar željezo i nikal nisu katalizatori za Fischer-Tropschovu sintezu?

Najboljim se katalizatorom pokazala skupina hondrita označena kao H (high-iron). Ona sadržava 8 % željeza i – isto toliko važno – hondriti iz te skupine nisu ugljični hondriti, meteoriti koji sadržavaju organske spojeve (koji bi mogli unijeti nesigurnost u tumečenje razultata).

Dalje je sve išlo rutinski. Nakon prolaska smjese ugljikova monoksida i vodika pri atmosferskom tlaku kroz reaktor ispunjen prahom hondrita, plinska smjesa je analizirana plinskom kromatografijom (GC) – i evo rezultata.

Najjednostavniji ugljikovodici, metan (CH4)  i etan (C2H6), počinju nastajati već pri temperaturi od 250 oC. Potom pri temperaturi od 300 oC počinje nastajati eten (C2H4), no sva se tri ugljikovodika najbrže sintetiziraju na temperaturi od oko 400 oC. Na toj temperaturi dolazi i do sinteze složenijih organskih spojeva, prije svega metanola, CH3OH, i etanola, CH3CH2OH. Ali to nije sve! „Reakcijama Fischer-Tropschove vrste“ španjolski su znanstvenici u svome reaktoru dobili formaldehid, HCHO, i aceton, (CH3)2CO – dva kemijska spoja kojima se otvaraju široki putovi kemijske sinteze, od jednostavnih šećera do aminokiselina. Usto je u reakciji nastajao ugljikov dioksid i voda.

Kolika je bila koncentracija (ili parcijalni tlak) vodika i ugljikova monoksida u oblaku plina i prašine iz kojeg su se formirala tijela Sunčeva sustava teško je reći, ali sigurno je bio milijunima puta manji od jednog bara, tlaka pri kojem su eksperimentirali autori spomenutog rada. To znači da je, budući da je brzina kemijskih reakcija proporcionalna koncentraciji, i sinteza organskih spojeva bila milijunima puta sporija u svemiru negoli u laboratoriju – no priroda ne štedi na vremenu kad ima stotine milijuna godina na raspolaganju.

Nenad Raos je kemičar, doktor prirodnih znanosti i znanstveni savjetnik, sada u mirovini. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti pišući za časopise Prirodu (kojoj je sedam godina bio glavni urednik), Čovjek i svemir, ABC tehnike, Smib, Modru lastu, te, naravno, BUG online. Autor je i 13 znanstveno-popularnih knjiga od kojih je jednu, „The Cookbook of Life – New Theories on the Origin of Life“, napisao na engleskom jeziku. Urednik je rubrike „Kemija u nastavi“ u časopisu Kemija u industriji, za koji piše i redovite komentare. Nagrađen je Državnom godišnjom nagradom za promidžbu i popularizaciju znanosti 2003. godine.