Atomo per atomo, come si costruisce un legame chimico

Per la prima volta un gruppo di chimici è riuscito a fotografare con la risoluzione di un singolo atomo una molecola mentre sta riconfigurando i proprio legami chimici.

Quando li guardi in un libro di testo pensi che sono comodi come rappresentazione di qualcosa che in natura potrebbe avere un aspetto un po’ diverso. Oggi invece dobbiamo dire che le formule di struttura, cioè quelle rappresentazioni schematiche bidimensionali dei legami chimici, sono molto fedeli alla realtà. A testimoniarlo ci sono le immagini di un gruppo di ricercatori americani, capitanati dal chimico di Berkley Felix Fischer, pubblicate su Science il maggio scorso.

Il team, che comprendeva chimici sia del Lawrence Berkeley National Laboratory sia dell’Università della California a Berkeley,  ha utilizzato una tecnologia fotografica all’avanguardia che ha permesso di immortalare ogni singolo passaggio di una reazione chimica con una risoluzione di un solo atomo. I ricercatori hanno assemblato delle nanostrutture derivanti dal grafene, un materiale che ha la caratteristica di avere una struttura bidimensionale adatta allo scopo di questa ricerca. Nel grafene gli atomi di carbonio si ripetono in una disposizione esagonale che viene realizzata a partire da una catena di atomi di carbonio legati tra loro. La reazione produce diverse molecole e la documentazione fotografica di Fischer e dei suoi colleghi mostra al di là di ogni dubbio che effettivamente la ricostruzione schematica che si fa ricorrendo alle formule di struttura è davvero fedele a ciò che accade nella reazione chimica.

Ecco l’impressionante serie di immagini in cui si vede la formazione dei legami chimici tra i singoli atomi che compongono le molecole:

La catena di atomi di carbonio prima (sx) e dopo (dx) la riconfigurazione nei due prodotti più comuni che si ottengono dalla reazione. La barretta bianca negli angoli in basso a destra è lunga 3 angostrom o 3 x 10-10 (Immagine e didascalia: Lawrence Berkeley National Laboratory and University of California at Berkeley).

 

La molecola reagente mostrata su di una superficie argento prima della reazione (Immagine: S. Wickenburg, A. Riss, D.J. Mowbray, F.R. Fischer)

 

Il prodotto 2 (Product 2) è una delle due molecole più comuni che possono risultare dalla reazione (Immagine: S. Wickenburg, A. Riss, D.J. Mowbray, F.R. Fischer)

 

Il prodotto 3 (Product 3) è l’altra molecola più frequente tra i prodotti della reazione (Immagine: S. Wickenburg, A. Riss, D.J. Mowbray, F.R. Fischer)

 

Il prodotto 4 (Product 4) è una molecola inattesa (Immagine: S. Wickenburg, A. Riss, D.J. Mowbray, F.R. Fischer)

 

Il prodotto 5 (Product 5) è stato previsto dal team di ricercatori, ma è risultato consistere in meno dell’1% dei prodotti (Immagine: S. Wickenburg, A. Riss, D.J. Mowbray, F.R. Fischer)

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