L'ampia portata della corrosione, un problema globale multimiliardario, potrebbe un giorno ridursi considerevolmente grazie a un nuovo, approccio migliore per prevedere come i metalli reagiscono con l'acqua.

Ricercatori dell'Oregon State University e dell'Università della California, Berkeley, hanno sviluppato un nuovo metodo di calcolo che combina due tecniche per fare previsioni più velocemente, meno costoso e più efficace.

Le scoperte, pubblicato in Comunicazioni sulla natura , potrebbe avere una vasta gamma di applicazioni, anche nella progettazione di ponti e motori aeronautici, entrambi i quali sono suscettibili alla corrosione.

Ogni metallo, tranne i metalli preziosi come l'oro e l'argento, reagisce con l'acqua, disse Doug Keszler, illustre professore di chimica al College of Science dell'Oregon State.

"Vorremmo prevedere le reazioni specifiche dei metalli e le combinazioni di metalli con l'acqua e quali sono i prodotti di tali reazioni, prima con metodi computazionali invece di determinarli sperimentalmente, " ha detto Keszler, che è anche direttore del Center for Sustainable Materials Chemistry presso l'OSU.

Tradizionalmente, Keszler ha osservato, guardando i metalli disciolti nell'acqua, il presupposto chimico è stato che un metallo si dissolve per formare un semplice sale. Non è sempre quello che succede, però.

"In molti casi, inizialmente si dissolve per formare un cluster complesso che contiene molti atomi di metallo, " ha detto. "Ora possiamo prevedere i tipi di cluster che esistono in soluzione, quindi favorendo la comprensione della dissoluzione dei metalli da un punto di vista computazionale."

Studio di ossidi metallici acquosi e cluster di idrossidi da elementi del Gruppo 13 - alluminio, gallio, indio e tallio:gli scienziati hanno accoppiato i calcoli della meccanica quantistica con un approccio di "additività di gruppo" per creare diagrammi di Pourbaix, il gold standard per descrivere le specie metalliche disciolte nell'acqua.

"Applicando questo nuovo approccio, si arriva ad una valutazione quantitativa della stabilità del cluster in funzione del pH e della concentrazione, ", ha affermato il coautore dello studio Paul Ha-Yeon Cheong, professore associato di chimica all'OSU.

La comprensione dei cluster è fondamentale a causa del ruolo che svolgono nei processi chimici che vanno dalla biomineralizzazione alla deposizione in soluzione di film sottili per applicazioni elettroniche. E la caratterizzazione della corrosione deriva dalla capacità di rappresentare le fasi stabili dei metalli nell'acqua.

"Se stai progettando un nuovo acciaio per un ponte, Per esempio, desideri includere il potenziale di corrosione in un processo di progettazione computazionale, " disse Keszler. "O se hai un nuovo metallo per un motore aereo, ti piacerebbe essere in grado di determinare se si corroderà."

Questi esempi non sono solo ipotetici. Proprio l'estate scorsa, una compagnia aerea giapponese ha dovuto rinnovare tutti i 100 motori Rolls-Royce della sua flotta di Boeing 787 Dreamliner dopo una serie di guasti al motore causati dalla corrosione e dalla rottura delle pale delle turbine. I motori si vendono per 20 milioni di dollari ciascuno.

"La maggior parte dei diagrammi di Pourbaix non include questi cluster metallici e quindi la nostra comprensione della dissoluzione del metallo e della reazione con l'acqua è stata carente, " ha detto la coautrice dello studio Kristin A. Persson, professore di scienza dei materiali all'Università di Berkeley. "Abbiamo ora scoperto un formalismo veloce e accurato per simulare questi cluster nel computer, che trasformerà le nostre capacità di prevedere come reagiscono i metalli nell'acqua".