I chimici della Ruhr-Universität Bochum hanno tracciato con una risoluzione spaziale senza precedenti come le singole molecole d'acqua si attaccano a una molecola organica. Hanno utilizzato la microscopia a effetto tunnel a scansione a bassa temperatura per visualizzare i processi su una scala inferiore a un nanometro. Questo ha permesso loro di indagare i fenomeni di idrofilia e idrofobicità a livello molecolare, cioè perché alcune parti delle molecole organiche attraggono o respingono l'acqua.

"I risultati sono un passo importante nel percorso verso la comprensione dei processi di solvatazione, questo è, come le sostanze si dissolvono nell'acqua, " spiega Karsten Lucht della Cattedra di Chimica Fisica I di Bochum. Riporta i risultati con il team guidato dalla Prof.ssa Dott.ssa Karina Morgenstern e colleghi della Cattedra di Chimica Organica II sulla rivista Angewandte Chemie . Gli scienziati collaborano nel cluster di eccellenza Ruhr Explores Solvation, o Resolv in breve.

Lo scopo del cluster è capire come i solventi influenzano le reazioni in soluzione e l'uso dei solventi per controllare le reazioni.

Monitoraggio dell'accumulo di acqua passo dopo passo

Come una molecola organica, i ricercatori hanno utilizzato un colorante azoico che consiste in due anelli di carbonio con gruppi funzionali attaccati che sono polari, cioè leggermente caricati positivamente o negativamente. Hanno depositato le molecole su un singolo cristallo d'oro e hanno raffreddato il sistema a sei Kelvin. Quindi hanno aggiunto le singole molecole d'acqua passo dopo passo e hanno osservato dove si attaccavano al colorante.

Le prime molecole d'acqua preferivano attaccarsi ai gruppi funzionali polari. Quando i ricercatori hanno aumentato la quantità di acqua, le molecole appena aggiunte si sono attaccate alle molecole d'acqua che erano già legate. "I nostri esperimenti mostrano che l'idrofilia e l'idrofobicità possono essere ricondotte a livello molecolare, " dice Karina Morgenstern. Le molecole d'acqua hanno evitato aree non polari della molecola, si preferivano le zone polari.

Tre procedure complementari

I processi che sono stati osservati qui con la microscopia a effetto tunnel vengono solitamente studiati spettroscopicamente o con simulazioni di dinamica molecolare. Però, il primo metodo non fornisce informazioni spaziali, e quest'ultimo si basa su ipotesi dovute alle dimensioni del sistema. "Ogni metodo ha il suo valore, " spiega Karsten Lucht. "I tre approcci si completano a vicenda".