Gli scienziati dell'Università di Toronto hanno trovato un modo per selezionare l'esito della reazione chimica impiegando un fattore sfuggente e a lungo cercato noto come "parametro di impatto".

Il team di chimici U of T, guidato dal ricercatore premio Nobel John Polanyi, hanno trovato un mezzo per selezionare il parametro di impatto o la distanza mancante con cui una molecola di reagente manca una molecola bersaglio, alterando così i prodotti della reazione chimica. I risultati sono pubblicati oggi in Progressi scientifici .

"I chimici lanciano continuamente molecole ad altre molecole nella speranza di creare qualcosa di nuovo, "dice Polanyi, Professore universitario presso il Dipartimento di Chimica dell'Università di T. "In questo studio abbiamo trovato un modo per controllare l'esito puntando una molecola proiettile su una molecola bersaglio, con una precisione di una piccola frazione del diametro della molecola bersaglio."

La dinamica molecolare in chimica è molto simile a una partita a biliardo. Proprio come un giocatore di biliardo manda la palla in arrivo verso la palla bersaglio, i chimici lanciano una molecola verso un'altra per produrre una reazione chimica. Però, questo si può fare, ora è chiaro, o per caso come era la norma, o in base alla progettazione come il nuovo lavoro mostra di essere possibile.

In precedenza la casualità intrinseca nei movimenti molecolari ha impedito ai chimici di puntare le loro molecole proiettili verso i bersagli chimici, come fanno i giocatori di biliardo. Anziché, sono stati obbligati a giocare a biliardo alla cieca.

"Nel corso degli anni i chimici sono diventati molto bravi a giocare a biliardo alla cieca, usando palline appiccicose e lanciandole con forza o debolmente, "dice Polanyi. "Ma abbiamo trovato un modo per togliere la benda, e mira a ogni colpo."

I ricercatori hanno raggiunto questo obiettivo depositando molecole su un cristallo metallico, quindi applicando una piccola corrente da una punta metallica atomicamente affilata a una delle molecole. Questa aggiunta di energia ha fatto sì che una molecola "proiettile" sparasse attraverso la superficie in linea retta, lungo una delle creste simili a rotaie sul cristallo di metallo verso una vicina molecola "bersaglio" presente sul cristallo, mancarlo per un importo controllato.

Diverse distanze mancate, chiamati "parametri di impatto", sono stati mostrati riproducibili per dare esiti diversi, vale a dire diversi modelli di reazione.

"La sottostante superficie cristallina è il nostro biliardo, " disse Kelvin Anggara, un borsista post-dottorato nel gruppo di ricerca di Polanyi e autore principale dello studio. "Sfruttando i solchi che la natura ha convenientemente inciso sulla superficie dei cristalli, abbiamo scoperto che potevamo guidare il proiettile molecolare in viaggio in modo che colpisse il bersaglio frontalmente o in una collisione apparente che mancò il bersaglio di una quantità desiderata. Quel modo, proprio come nel biliardo, possiamo controllare l'esito della collisione molecolare".

La selezione del parametro miss-distanza o impatto nelle collisioni tra molecole di reagenti è stata finora definita il "frutto proibito della dinamica di reazione" dal professore dell'Università di Harvard Dudley R. Herschbach, con cui Polanyi ha condiviso il Premio Nobel per la Chimica 1986 insieme a Yuan T. Lee. Mentre le scoperte fatte dal trio hanno permesso ai chimici di dedurre molte delle forze in gioco in una reazione chimica, il parametro di impatto ha sfidato il controllo diretto.

Questo è vero anche nelle notoriamente ben controllate condizioni di "fasci molecolari incrociati". È spesso trascurato che sebbene le travi in ​​questo metodo elegante siano rivolte l'una verso l'altra, le molecole no. Ora le singole molecole possono essere puntate l'una verso l'altra, abbastanza precisamente.

"Riteniamo che questo sia un importante passo avanti nel controllo delle reazioni chimiche, " disse Anggara, che ha eseguito lo studio insieme a Polanyi, la ricercatrice senior Lydie Leung e lo studente laureato Matthew Timm.