Sembra che il 2020 si sia presentato come l’anno dell’atomo. A gennaio, i ricercatori hanno mostrato tramite un video come avviene la creazione di un legame tra due atomi. Mentre in questo mese un altro team, mantenendo altri atomi “sul posto” e sotto osservazione, ha scoperto interazioni precedentemente sconosciute. Atomi e legami chimici sotto i riflettori?
Gli atomi sono i mattoni della struttura dell’universo, ma a causa della loro dimensione, la possibilità di averne una testimonianza diretta sembrava quasi impossibile. Con lunghezze comprese tra 0,1-0,3 nanometri, i loro legami chimici, sono circa mezzo milione di volte più piccoli della larghezza di un capello umano. Fino ad ora il processo di congiunzione è stato mostrato nelle aule e nei laboratori utilizzando modelli a sfera e bastoncini. Tuttavia, grazie a un gruppo di ricerca del Regno Unito e della Germania, ora sarà possibile vedere un breve video che mostra la formazione del legame di due atomi di renio (Re).
https://www.youtube.com/watch?v=byEqhd5Bpr4
Come descritto in Science Advances, i ricercatori dell’Università di Nottingham e dell’Università di Ulm hanno intrappolato una coppia di atomi di renio in un nanotubo di carbonio (un cilindro cavo di nanometri di carbonio che fungeva da “provetta” per gli atomi). Il team ha quindi utilizzato la microscopia elettronica a trasmissione (TEM) per produrre un filmato degli atomi. Nella TEM un raggio di elettroni ad alta energia viene proiettato attraverso un oggetto e poi viene rilevato dall’altro lato. Il raggio non mostra solo l’attività del materiale, ma trasferisce anche energia che può essere utilizzata per rompere i legami chimici chimici. Utilizzando gli strumenti del Progetto SALVE, questa tecnica “2 in 1” ha permesso di filmare due atomi di renio mentre danzavano lungo il nanotubo.
Atomi e legami chimici: analizzando i dati
Descrivendo il breve video, il dott. Kecheng Cao, un assistente di ricerca dell’Università di Ulm, ha dichiarato:
È importante sottolineare che quando gli atomi di renio si spostano lungo il nanotubo, la lunghezza del legame cambia, indicando che il legame diventa più forte o più debole a seconda dell’ambiente intorno agli atomi.
In effetti, ad un certo punto, quando la lunghezza del legame veniva aumenta, a una dimensione maggiore degli atomi stessi, il legame si spezzava. Più avanti nel video poi gli atomi si ricongiungono nella molecola del renio.
Il dott. Andrei Khlobystov, della School of Chemistry dell’Università di Nottingham, co-leader del progetto, ha spiegato:
Poiché il renio possiede un alto numero atomico è più facile osservarlo nella TEM, rispetto a elementi più leggeri, permettendoci di identificare ogni atomo di metallo come un puntino oscuro. Comprendere la formazione dei legami chimici è cruciale per caratterizzare le proprietà di un materiale. Lo sviluppo dell’imaging molecolare, oltre alla semplice analisi strutturale, favorirà la comprensione delle dinamiche delle singole molecole in tempo reale.
Atomi e legami chimici: altri elementi “paparazzati”
I ricercatori dell’Università di Otago hanno assistito all’interazione di tre atomi di rubidio (Rb). Ogni atomo era stato intrappolato, isolato e collocato in una camera senza altri atomi all’interno e ad una temperatura vicina allo zero assoluto. L’obiettivo era studiare in dettaglio come una singola molecola veniva alla luce. Il team ha riunito i tre atomi intrappolati e ha seguito la loro interazione con una speciale telecamera da microscopio. Due degli atomi si sono fusi in una molecola, ma tutti e tre hanno guadagnato energia dall’interazione.
La ricercatrice Marvin Weyland, che ha guidato l’esperimento, ha dichiarato:
Solo due atomi non possono formare una molecola, ci vogliono almeno tre per fare “chimica”. Nel nostro lavoro è la prima volta che questo processo di base è stato studiato in isolamento e ha fornito diversi sorprendenti risultati che non erano stati previsti dalle misurazioni precedenti fatte in grandi nuvole di atomi.
La novità dell’approccio è l’aver osservato questa interazione come un singolo evento, fornendo una visione più chiara di ciò che stava accadendo. Precedenti studi avevano esaminato eventi con molti atomi studiando la formazione di molecole in modo diverso.
La dott.ssa Weylan ha aggiunto:
Lavorando a questo livello molecolare, ora sappiamo di più su come gli atomi si scontrano e reagiscono l’uno con l’altro. Con ulteriori sviluppi, questa tecnica potrebbe fornire nuove metodiche per costruire e controllare singole molecole di sostanze chimiche particolari.
Studiando la matassa dell’universo
Lo studio evidenzia la necessità di una revisione nel quadro teorico e le interazioni hanno richiesto molto più tempo del previsto. Ciò potrebbe essere dovuto a una sottile influenza tra le forze atomiche e il modo in cui i ricercatori hanno isolato gli atomi, ma i team dovranno dare seguito a ulteriori ricerche per scoprire il perché e il come questo avvenga. Continuate a restare sintonizzati sulla nostra rubrica di scienze per altre interessanti notizie.
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