I giochi di relazioni chimiche si sono disintegrati

I fisici guidati da Roland Wester dell’Università di Innsbruck hanno osservato in laboratorio la competizione tra due importanti meccanismi di reazione nella chimica organica. L’indagine dettagliata delle dinamiche di reazione di un composto di reazione a nove atomi è unica fino ad oggi. In tal modo, gli scienziati stanno avanzando su una scala che consente applicazioni in molte aree della chimica.

Attraverso esperimenti di laboratorio, Roland Wester, due volte vincitore dell’ERC dell’Istituto di fisica ionica e applicata dell’Università di Innsbruck, sta cercando di dare un nuovo sguardo alle reazioni chimiche e di comprenderne meglio le dinamiche. Le interazioni tra piccole molecole sono ben comprese oggi. Una volta inclusi più di quattro atomi, diventa difficile sia per la teoria che per l’esperimento descrivere in dettaglio il corso della reazione. Roland Wester e il suo team hanno realizzato un esperimento unico in cui le molecole possono interagire con gli ioni e monitorarli. Per la prima volta, gli scienziati sono riusciti a descrivere con precisione la dinamica atomica della cosiddetta reazione di sostituzione nucleare. Alcuni anni fa, un gruppo di ricerca ha studiato la competizione tra due reazioni chimiche nei composti organici. In una camera a vuoto, i ricercatori hanno portato queste particelle a scontrarsi con particelle cariche del gruppo chimico degli alogeni, come fluoro, iodio e cloro. Per la prima volta, l’osservazione diretta ha mostrato che con molecole più grandi, la reazione di rimozione prende il sopravvento e la reazione di sostituzione scompare ad un certo punto.

Dinamiche di interazione ad alta dimensione

Fino ad ora non si sapeva cosa sarebbe successo nell’intervallo di dimensioni in cui entrambe le interazioni sono ugualmente importanti. Per indagare su questo, era necessario un ulteriore lavoro teorico, svolto negli ultimi anni dai ricercatori guidati da Gábor Czakó dell’Università di Szeged, in Ungheria. Hanno calcolato il cosiddetto potenziale superficiale di Born-Oppenheimer, con il quale è possibile descrivere in dettaglio il corso della reazione chimica di una molecola di otto atomi con uno ione alogeno. È interessante notare che la reazione esaminata si verifica in 21 dimensioni. Il potenziale panorama teoricamente definito fornisce informazioni su come i singoli atomi si muovono in questo spazio ad alta dimensione durante una reazione chimica. Con questo in mente, gli scienziati di Innsbruck che lavorano con Eduardo Carrascosa, Jennifer Meyer e Roland Wester sono stati in grado di creare una previsione molto accurata della direzione spaziale in cui i prodotti di reazione sarebbero volati via nel loro esperimento. Misura l’angolo e la velocità con cui gli ioni colpiscono il rivelatore. “E i nostri dati mostrano che abbiamo misurato esattamente ciò che la teoria calcolava senza conoscere i dati empirici”, afferma felice Wester. “Con così tanti atomi e quindi di dimensioni così elevate, questo non è stato ancora raggiunto”.
Così gli scienziati hanno descritto in modo esauriente la reazione chimica, in cui si verificano due diversi meccanismi della reazione, teoricamente e sperimentalmente. Con questo lavoro, ora pubblicato sulla rivista Nature Chemistry, gli scienziati di Innsbruck entrano in campo per quanto riguarda il numero di atomi coinvolti per l’indagine dettagliata della dinamica di reazione, che consente applicazioni in molte aree di reazioni chimiche complesse.