È riduttivo dire che le reazioni chimiche avvengono ovunque, costantemente. Sia in natura che in laboratorio, la chimica è onnipresente. Ma nonostante i progressi, rimane una sfida fondamentale per ottenere una completa comprensione e controllo su tutti gli aspetti di una reazione chimica, come la temperatura e l'orientamento delle molecole e degli atomi che reagiscono.

Ciò richiede esperimenti sofisticati in cui tutte le variabili che definiscono come si avvicinano due reagenti, e alla fine reagire con, l'un l'altro possono essere scelti liberamente. Controllando cose come la velocità e l'orientamento dei reagenti, i chimici possono studiare i minimi dettagli di un particolare meccanismo di reazione.

In un nuovo studio, un team guidato da Andreas Osterwalder presso l'Istituto di scienze chimiche e ingegneria dell'EPFL, lavorando con teorici dell'Università di Toronto, hanno costruito un apparato che permette loro di controllare l'orientamento e le energie degli atomi che reagiscono, fino quasi allo zero assoluto. "È la formazione più fredda di un legame chimico mai osservata nei fasci molecolari, " dice Osterwalder. Un raggio molecolare è un getto di gas all'interno di una camera a vuoto, frequentemente utilizzato in spettroscopia e studi di chimica fondamentale.

Gli scienziati hanno utilizzato due di questi fasci che si fondono in un unico fascio per studiare la chemiionizzazione, un fondamentale processo di trasferimento di energia che viene utilizzato in diverse applicazioni, per esempio. nella spettrometria di massa. Durante la chemiionizzazione, un atomo o una molecola in fase gassosa reagisce con un altro atomo o molecola in uno stato eccitato e crea uno ione. L'identità dello ione risultante dipende dalla reazione, durante l'urto si può formare un nuovo legame, risultante in uno ione molecolare, oppure si può formare uno ione atomico

I ricercatori hanno studiato la reazione tra due gas:un atomo di neon eccitato e un atomo di argon. Il loro apparato contiene una coppia di magneti a solenoide che viene utilizzata per sintonizzare con precisione la direzione di un campo magnetico in cui avviene la reazione, che ha permesso ai ricercatori di controllare l'orientamento effettivo dei due atomi l'uno rispetto all'altro. "Anche se gli atomi sono spesso rappresentati come minuscole palline, non sono normalmente oggetti sferici, " dice Osterwalder. "Proprio perché non lo sono, hanno orientamenti specifici, e questo può influenzare la loro reattività."

Ma anche se l'esperimento poteva controllare l'orientamento che a sua volta controllava la quantità di ioni atomici rispetto a quelli molecolari formati dalla chemiionizzazione, i ricercatori hanno scoperto che al di sotto di una temperatura di circa 20 Kelvin (-253,15 °C), le forze interatomiche hanno preso il sopravvento e gli atomi si sono riorientati indipendentemente dal campo applicato.

"Questa è la prima volta che qualcuno lo fa a una temperatura così bassa, " dice Osterwalder. "Con questo livello di controllo, possiamo studiare alcuni dei modelli più fondamentali al centro della chimica, come il rapporto tra orientamento e reattività".