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    La repulsione iniziale nel legame chimico non esclude la successiva attrazione

    Transizione da un legame fisico debole (fisisorbimento) a un legame chimico forte (chemisorbimento).

    Il filosofo Arthur Schopenhauer formulò una metafora chiamata il dilemma del porcospino, il che spiega una certa distanza ottimale tra le persone. Le persone si sentono sole a una distanza troppo grande ea disagio per una vicinanza troppo ravvicinata. Schopenhauer spiegò la distanza ideale usando la seguente parabola:"Un certo numero di istrici si accalcavano insieme per riscaldarsi in una fredda giornata d'inverno; ma quando cominciarono a pungersi l'un l'altro con le loro penne, furono obbligati a disperdersi. Però, il freddo li ha ricongiunti, quando è successa la stessa cosa. Alla fine, dopo molti giri di rannicchiarsi e disperdersi, scoprirono che sarebbe stato meglio restare a poca distanza l'uno dall'altro. Nello stesso modo, il bisogno della società spinge insieme i porcospini umani, solo per essere reciprocamente respinti dalle molte qualità pungenti e sgradevoli della loro natura."

    Il premio Nobel Richard Feynman ha riportato un fenomeno simile per gli atomi, i mattoni fondamentali della materia. Il suo libro di testo in tre volumi, Le lezioni di Feynman sulla fisica , parte dal presupposto che nel caso di un evento catastrofico che erode tutta la conoscenza umana, la seguente frase conterrebbe le informazioni più utili sulla natura nella forma più breve:" ...tutte le cose sono fatte di atomi, piccole particelle che si muovono in moto perpetuo, attirandosi l'un l'altro quando sono a poca distanza l'uno dall'altro, ma si respingono quando vengono schiacciati l'uno nell'altro."

    Però, la natura dell'interazione di atomi e molecole con le superfici è ancora più complessa, come già riscontrato dal fisico Lenard-Jones nel 1932. In alcuni casi, possono verificarsi due modalità di legame:un legame debole, chiamato fisisorbimento, e un forte legame, chiamato chemisorbimento. Il fisisorbimento fa aderire la polvere alle superfici o consente ai gechi di camminare su pareti e soffitti senza cadere. Il chemisorbimento è da 10 a 100 volte più forte del fisisorbimento. L'interazione tra fisisorbimento e chemisorbimento è cruciale per la pulizia dei gas di scarico nei convertitori catalitici delle automobili e nei reattori industriali che producono sostanze chimiche di base mediante reazioni catalitiche.

    Le due modalità di adsorbimento sono espresse da una curva di energia che mostra due minimi. Quelle curve di energia sono state visualizzate nei libri di testo di chimica fisica e scienza delle superfici per decenni, sebbene l'accesso sperimentale fosse stato limitato ai punti di equilibrio in cui si verificano il fisisorbimento e il chemisorbimento. Un gruppo di fisici sperimentali dell'Università di Regensburg, Ferdinand Huber, Julian Berwanger e Franz J. Giessibl, hanno registrato sperimentalmente la genesi della curva energetica che è coinvolta nella transizione dal fisisorbimento al chemisorbimento.

    Hanno raggiunto questo obiettivo attaccando una molecola di CO alla punta di un microscopio a forza atomica e spostandola verso un singolo atomo di ferro che si trova su una superficie di rame e hanno registrato la forza che ha agito nel processo. Il team includeva i chimici quantistici Svitlana Polyesa, Sergiy Mankovsky e Hubert Ebert dell'Università Ludwig-Maximilians di Monaco, che ha elaborato la spiegazione teorica. Il superamento della barriera energetica tra fisisorbimento e chemisorbimento richiede un riarrangiamento degli elettroni (ibridazione) che compongono i legami, come è stato confermato nei calcoli della chimica quantistica.

    Tornando a Schopenhauer e alle relazioni umane, non è inaudito che gli esseri umani possano anche diventare molto attratti dopo aver superato una possibile repulsione iniziale.


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