La tavola periodica in una nuova luce
Tratto da " Le Scienze" 30 Dicembre 2009
Ricercatori della PennState hanno indicato un nuovo modo di guardare alla tavola periodica degli elementi che promette di avere importanti implicazioni economiche
Se trasformare il piombo in oro resta un sogno, un'alchimia simile altrettanto conveniente dal punto di vista economico è possibile sfruttando i "superatomi": è quanto sostiene in un articolo pubblicato sui "Proceedings of the National Academy of Sciences" (PNAS) un gruppo di ricercatori della Penn State che ha mostrato come alcune combinazioni di atomi possiedono una "firma" elettronica che mima perfettamente quella di altri elementi.
"La scoperta può portare a materiali molto più economici per moltissime applicazioni, come nuove fonti di energia, tecniche di abbattimento di inquinanti e catalizzatori per processi chimici", ha osservato Evan Pugh, uno degli autori.
I superatomi sono gruppi di atomi che esibiscono alcune proprietà di singoli atomi. A. Welford Castleman Jr., che ha diretto lo studio, aveva già mostrato in lavori precedenti che particolari gruppi di alluminio 13 si comportano come un singolo atomo di iodio e che aggiungendo un ulteriore elettrone a quel sistema, esso assume caratteristiche di un gas nobile.
Per esaminare queste somiglianze i ricercatori hanno sfruttato una tecnica particolare: "La spettroscopia fotoelettronica con imaging misura l'energia necessaria a rimuovere gli elettroni da vari strati elettronici di atomi o molecole, mentre contemporaneamente cattura istantanee di questi eventi con una fotocamera digitale", ha detto Castleman.
"Il metodo ci permette di determinare le energie di legame degli elettroni e di osservare direttamente la natura degli orbitali in cui gli elettroni si ritrovavano prima del loro distacco. Abbiamo scoperto che la quantità di energia richiesta per rimuovere elettroni da una molecola di monossido di titanio è la stessa di quella richiesta per rimuovere elettroni da un atomo di nichel. Lo stesso vale per i sistemi monossido di zirconio-palladio e carburo di tungsteno-platino. Il punto chiave è che tutte queste coppie sono composte di specie isoelettroniche, che sono atomi con la stessa configurazione elettronica", osserva Castleman, sottolineando che il termine in questo caso si riferisce al numero di elettroni presenti nel guscio esterno di un atomo o di una molecola.
"Osservando la tavola periodica si può predire che il monossido di titanio sarà un superatomo di nichel. Se partiamo dal titanio, che ha quattro elettroni nel guscio esterno, e ci spostiamo di sei elementi a destra, in quanto l'ossigeno ha sei elettroni nel guscio esterno, finiamo su un elemento, il nichel, che ha 10 elettroni esterni, che lo fanno isoelettronico con la molecola che risulta dalla combinazione di titanio e ossigeno. Abbiamo pensato che la coincidenza fosse curiosa. Abbiamo provato con altri elementi e abbiamo visto emergere uno schema."
"Il platino è utilizzato in quasi tutti i catalizzatori per auto, ma è molto costoso. Per contro il carburo di tungsteno, che imita il platino, è economico. Analogamente il palladio utilizzato in certi processi di combustione può essere mimato dal monossido di zirconio, che è meno caro di un fattore 500", ha concluso Castleman.
Franco