Resuelto el misterio de la carbonilla

Durante sus famosas conferencias sobre la “historia química de una vela”, allá por 1827, el gran Michael Faraday ya hacía ver a los asistentes cómo la combustión imperfecta de la llama provocaba la aparición de un humo negro que parecía salir de la nada. “Mirad el hollín que emana de la llama y fijaos en qué combustión tan imperfecta se produce a causa de que no tiene suficiente aire. ¿Qué está pasando entonces?”, decía. A pesar de que conoce que los átomos de carbono se combinaban para formar estas partículas negras y volátiles, y que la producción de estas partículas forma parte hoy en día de procesos industriales como la fabricación de cristal y pigmentos, durante muchos años el mecanismo por el que se forman ha continuado siendo un misterio.

Las moléculas radicales propician una reacción en cadena dentro de la llama que termina sumando otras moléculas

En un trabajo publicado este jueves en la revista Science un equipo de científicos de los laboratorios Sandia, en Estados Unidos, y de la Universidad de Berkeley han desentrañado cuáles son los mecanismos moleculares que permiten la formación de estas partículas en condiciones de alta temperatura. Hasta ahora se habían propuesto varios modelos para explicar la formación de partículas de carbonilla y la transición de estas moléculas de gas a líquido antes de convertirse en un sólido. Los modelos elaborados hasta ahora incluían la formación de compuestos que no eran estables a temperaturas muy altas y cuya reacción no era coherente con las leyes de la termodinámica. En las pruebas elaboradas ahora en el laboratorio, los autores han encontrado que la clave es la formación de una moléculas radicales (que tienen un electrón libre) que propician una reacción en cadena dentro de la llama que termina sumando otras moléculas y formando el hollín que se hace visible a nuestros ojos cuando alcanza un tamaño crítico.

Cuando estos radicales reaccionan con otras moléculas, explican los autores, forman de forma sencilla otros radicales estabilizados que reaccionan con otros hidrocarburos gaseosos y siguen creciendo en tamaño, regenerando radicales como parte de la particular en crecimiento. Este proceso explicaría la aparición de estas partículas que parecen salir de la nada cuando arden hidrocarburos como el petróleo, el gas natural y la madera. “Hemos descubierto cómo estos radicales empiezan una reacción en cadena”, asegura Hope Michelsen, coautor del trabajo. “Y es realmente simple una vez conoces la respuesta”.

La carbonilla es la segunda causa del calentamiento global y responsable de la cuarta parte de la polución

Conocer estos mecanismos de formación del hollín es especialmente importante para comprender una gran cantidad de procesos a alta temperatura, incluyendo la formación de partículas de polvo interestelar que se extienden por toda la galaxia. La carbonilla es además la segunda causa más importante del calentamiento global, responsable de más de la cuarta parte de la polución atmosférica del planeta y un conocido carcinógeno, parte de causante de varias conocidas enfermedades pulmonares. “Estamos muy emocionados por haber destapado el misterio de la formación de la carbonilla, unas partículas de carbono que están saturando algunas partes del planeta como consecuencia de los incendios forestales y que puede tener un efecto tan devastador en la salud humana”, añade Michelsen. Con este conocimiento, tal vez se puedan mejorar las estrategias contra la formación de carbonilla, que afecta particularmente a los motores diésel y que suponen uno de los principales problemas de contaminación en las ciudades.

Referencia: A radical approach to soot formation (Science)