¿Nitrógeno supercrítico como biosolvente?

El CO2 supercrítico se ha sugerido como un biosolvente alternativo potencial , reemplazando al agua, a altas presiones y temperaturas moderadamente elevadas.

Pero, ¿qué pasa con el N2 supercrítico? ScCO2 es un solvente industrialmente útil para la química orgánica, por lo que se ha realizado una buena cantidad de investigación relevante para su idoneidad como biosolvente, pero encontrar información relevante sobre el nitrógeno parece ser significativamente más difícil. Aparentemente, es útil como solvente para algunos procesos de secado y limpieza, que es lo que despertó mi curiosidad, pero parece haber escasez de información sobre cómo se comporta precisamente con varias moléculas orgánicas complejas (como, por ejemplo, proteínas, ácidos nucleicos, lípidos, etc.).

El punto crítico del nitrógeno ocurre a una presión significativamente más baja que el CO2 y temperaturas criogénicas, por lo que abriría una gama bastante diferente de mundos extraterrestres interesantes para jugar.

Respuestas (1)

El agua es un buen solvente debido a su momento dipolar.

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El agua es un buen solvente porque tiene cargas alternas positivas y negativas a ambos lados de su estructura molecular. El átomo de oxígeno altamente electronegativo atrae electrones desde el hidrógeno hacia él, causando una carga más negativa en el lado del átomo de oxígeno. Esto se llama enlace de hidrógeno . Debido al ángulo entre los átomos de hidrógeno cuando se unen, esto también crea una dirección en la que hay una carga más positiva debido a los dos átomos de hidrógeno. Esto se llama momento dipolar .

El nitrógeno es más simétrico.

Nitrógeno diatómico (N 2 ), por otro lado, tiene un triple enlace covalente fuerte . El enlace es 'corto' en el sentido de que los átomos están fuertemente unidos. Debido a la naturaleza de un enlace covalente , especialmente uno tan fuerte y corto como este enlace triple, los electrones se comparten en lugar de pasar de una molécula a otra. Por lo tanto, no hay momento dipolar. De hecho, esto convierte al nitrógeno, un elemento normalmente muy reactivo, en un gas casi inerte en su N 2 formulario.

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Observe cómo, debido a los electrones compartidos en el medio, hay un número igual de electrones y una carga eléctrica equivalente en ambos lados de la molécula. Por lo tanto, N 2 no va a ser un buen disolvente.

El dióxido de carbono ya es un disolvente

El dióxido de carbono también se puede utilizar como disolvente en su forma líquida. En general, el dióxido de carbono es un tipo específico de solvente llamado lipófilo . Esta es básicamente la clase de sustancias que se disuelven en aceite, mientras que los hidrófilos son las sustancias que se disuelven en agua. Así como algunas cosas se disuelven en alcohol pero no en agua, esas mismas cosas generalmente también se disuelven en dióxido de carbono.

El dióxido de carbono no tiene que ser supercrítico para ser un solvente, pero hacerlo supercrítico le otorga algunas propiedades útiles adicionales. Por otro lado, el nitrógeno es tan inerte que no es un solvente como líquido, por lo que hay pocas razones para creer que sería un solvente como líquido supercrítico.

Hay una forma más interesante de nitrógeno.

Por supuesto, quizás el compuesto de nitrógeno más interesante, desde el punto de vista de la bioquímica, es el amoníaco, que en sí mismo es un disolvente . El amonio , su forma iónica es un disolvente lipofílico como el dióxido de carbono. Su forma supercrítica también se puede utilizar como disolvente . Entonces, quizás el amoníaco supercrítico o el amonio sea un mejor lugar para comenzar.

El agua es un buen solvente para sustancias polares e iónicas porque es polar. Y el CO2 líquido es un buen solvente para cosas no polares. Pero el CO2 supercrítico es extrañamente mucho mejor para disolver cosas como las proteínas polares... ¡mientras que el agua supercrítica se vuelve mucho más lipofílica que el agua líquida! Entonces, dado que ya sé que el N2 supercrítico se puede usar como solvente industrial (mientras que el N2 líquido no es un muy buen solvente), no creo que pueda concluir mucho solo del hecho de que las propiedades solventes del agua se derivan de su dipolo. momento, del que carece N2.
Sin embargo, el amoníaco supercrítico es algo interesante de observar. Existe a presiones mucho más bajas, pero a temperaturas mucho más altas que ScN2 o ScCO2. lo que abre otra gama novedosa de posibles mundos alienígenas....
@ LoganR.Kearsley No encontré ninguna referencia a la N supercrítica 2 como disolvente. De hecho, ¡esta misma pregunta aparece en la primera página de una búsqueda en Google! Es posible que haya visto documentos ( aquí , aquí ) sobre su uso en la deshidrogenación. No estoy muy seguro de que esto cuente como solvente.
Por casualidad, me encontré con "Muchas sustancias químicas podrían usarse para construir sistemas vivos" de William Bains, (Astrobiology Vol. 2 No. 4, 2004); aparentemente, el N2 líquido no es un solvente particularmente bueno para la mayoría de las cosas, principalmente porque es demasiado frío (y los criodisolventes tienden a no ser muy buenos en general)... excepto que los silanoles se disuelven muy bien . Y los silanos/silanoles son superreactivos e inestables a STP, pero no a temperaturas de LN2. ¡Parece que la bioquímica basada en silicio y el solvente LN2 se hicieron el uno para el otro!
Ahora, eso no necesariamente implica algo particularmente útil sobre ScN2, pero dado que los fluidos casi críticos tienen una tendencia general a disolver más cosas que los líquidos correspondientes (en particular, siendo miscibles con gases), eso sugiere que ScN2 también podría ser adecuado. Las implicaciones de Limits of Organic Life in Planetary Systems de NAP , que hacen referencia al trabajo de Bain, parecen ser que no hay pruebas experimentales suficientes para descartar LN2 o ScN2 como biodisolvente, por lo que es lo suficientemente bueno para la ciencia ficción...
@ LoganR.Kearsley Corrígeme si me equivoco, pero supercrítico N 2 está en cualquier lugar por encima del punto crítico, que está a unos -150 C y 34 bar. Entonces, por ejemplo, podría tener una N supercrítica 2 fluido a temperatura ambiente, lo que significa que la excusa de "demasiado frío" no retiene mucha agua en la medida en que es un solvente pobre. Prefiero mi débil explicación de cuadripolo :)
Técnicamente cierto. Sin embargo, el ScN2 a temperatura ambiente sería un disolvente pobre debido a que es básicamente un gas, con una densidad relativamente baja. Y los gases son solventes notoriamente malos. :) Los fluidos supercríticos solo son realmente interesantes cerca del punto crítico, o al menos cerca de la temperatura crítica, donde las densidades son lo suficientemente altas y las interacciones intermoleculares lo suficientemente fuertes como para que no se comporten como gases normales.
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