[H3]+, la molècula cíclica aromàtica més petita i més antiga

La molècula H₃⁺ (catió trihidrogen) va ser descoberta pel físic Joseph J. Thomson l'any 1911 en un tub de plasma. Recordem que Thompson va ser qui va determinar per primer cop la relació entre la càrrega i la massa de l'electró. El catió trihidrogen és la molècula cíclica (té forma de triangle equilàter, simetria D_3h) més petita que pot existir. Està formada únicament per tres protons i dos electrons. Els dos electrons situats en l'orbital A1' (vegeu figura) enllacen els tres nuclis amb un enllaç que s'anomena de tres centres i dos electrons. Els dos electrons estan deslocalitzats en els tres àtoms, de manera que la molècula presenta aromaticitat de tipus σ (generada per combinació d'orbitals atòmics s), en contraposició amb l'aromaticitat de tipus π (generada per combinació d'orbitals atòmics p_z), que és la que presenta la molècula de benzè i els seus derivats. Cal esmentar que són aromàtiques les molècules cícliques que presenten una elevada deslocalització electrònica. L'aromaticitat és una propietat que dona estabilitat a les molècules que la tenen. Malgrat això, l'H₃⁺ és molt reactiu ja que té una gran tendència a donar un protó (H⁺) a qualsevol molècula amb la qual es trobi. Això fa que sigui altament inestable en les condicions de temperatura i pressió habituals a la Terra. Per generar H₃⁺, els investigadors han d'irradiar metanol (CH₃OH) amb polsos de làser de femtosegon molt intensos. En aquestes condicions, es forma H₂ i [CHOH]²⁺ i és aquesta mateixa molècula de H₂ formada la que acaba arrencant un protó del [CHOH]²⁺ per formar H₃⁺ i [CHO]²⁺ (per a més detalls vegeu article a Sci. Rep.). En general, a la Terra es genera l'H₃⁺ de forma espontània en petites quantitats sempre que fem servir radiació altament energètica, per exemple quan ens fan una radiografia de raigs X. L'any 1980, Oka i col·laboradors varen determinar l'espectre infraroig d'aquest catió.

Donades les condicions de l'espai interestel·lar de baixa temperatura i baixes pressions i gran quantitat d'hidrogen, ja des dels anys seixanta es va especular amb la possibilitat de detectar el catió trihidrogen, H₃⁺, a l'espai. Finalment l'any 1989, Miller i col·laboradors varen determinar que la radiació provinent de Júpiter conté les freqüències d'emissió detectades per Oka l'any 1980 i d'aquesta manera l'H₃⁺ va ser detectat per primer cop a l'espai. Es tracta segurament de la primera molècula cíclica que es devia formar després del big-bang. Cal remarcar que la intensitat de la radiació emesa pel catió trihidrogen depèn de la temperatura a la qual és emesa. Aquesta propietat ha permès fer servir l'H₃⁺ com a termòmetre de l'espai interestel·lar. I a partir de la quantitat de llum rebuda per les emissions de l'H₃⁺ es pot també determinar la concentració d'aquest catió en l'atmosfera interestel·lar. L'anàlisi de la temperatura i la concentració de H₃⁺ en els anells de Saturn ha permès concloure que el sistema d'anells d'aquest planeta té una antiguitat màxima de 300 milions d'anys (un temps molt curt per a l'escala cosmològica). També s'ha pogut determinar que a la superfície de Júpiter la temperatura és màxima al voltant de la gran taca vermella (per a més detalls vegeu article a Nature). Això és tot just l'inici. Amb tota seguretat els senyals de H₃⁺, la molècula cíclica més petita i més antiga, ens continuaran ajudant a desxifrar els secrets de l'univers.