Un universo di equazioni chimiche. Credito:Nikolayenko Yekaterina/Shutterstock.com
John Morrison Galbraith è professore associato di chimica al Marist College che studia i legami chimici, che è il processo che tiene insieme gli atomi per formare le molecole.
Cosa hai scoperto?
Hai fatto un corso di chimica al liceo? Pensavi che fosse un noioso campo statico pieno di fatti stabiliti che sono stati determinati molto tempo fa? Ho fatto ricerche che mostrano che il più fondamentale di questi "fatti, "la natura del legame chimico, ora viene interrogato.
Probabilmente hai sentito parlare di legami covalenti, dove gli elettroni sono condivisi tra gli atomi, e legami ionici, dove gli elettroni vengono completamente trasferiti da un atomo all'altro. Ma probabilmente non conosci un terzo tipo di legame, scoperto nei primi anni '90 da Sason Shaik e Philippe Hiberty:il legame di spostamento di carica. Ho iniziato a lavorare con loro poco dopo.
Cosa rende diverso un legame di spostamento di carica?
Nei legami a spostamento di carica, gli elettroni sono condivisi e trasferiti allo stesso tempo.
Potrebbe sembrare un po' folle, ma pensala così:hai presente quelle passerelle mobili negli aeroporti? Supponiamo che per oltre 100 anni, la gente pensava che l'unico modo per andare da un punto all'altro fosse stare in piedi sul tapis roulant o camminarci accanto.
I tre tipi di legami chimici. Il rosso indica le aree ricche di elettroni e il blu indica le aree carenti di elettroni. (In alto) il legame covalente nella molecola di idrogeno che mostra l'accumulo di elettroni nella regione di legame tra due singoli atomi di idrogeno. Credito:CC BY-SA
Supponiamo ora che qualcuno si sia reso conto che esiste un terzo modo di muoversi:puoi stare in piedi sulla passerella e camminare allo stesso tempo. La velocità con cui ti muovi attraverso l'aeroporto non è dovuta allo stare in piedi o camminare, ma una combinazione di entrambi.
Insieme a Shaik, Hiberty e una manciata di altri nel mondo, Ho contribuito a dimostrare che il legame di spostamento di carica è un fenomeno ampio che si verifica tra una varietà di elementi di tutta la tavola periodica.
Cosa ha ispirato questa scoperta?
Shaik e Hiberty stavano calcolando l'energia necessaria per rompere una serie di legami usando un metodo chiamato teoria del legame di valenza. La chimica è tutta una questione di riconoscimento di schemi, e tutti i legami che hanno studiato si adattano a uno schema ben stabilito, tranne il legame tra due atomi di fluoro. Tradizionalmente pensato come un legame puramente covalente, questa molecola non si comportava come nessun altro legame covalente. Cercando di capire perché, Shaik e Hiberty hanno scoperto qualcosa di completamente unico.
Il legame ionico nel cloruro di sodio (sale da cucina) che mostra il trasferimento di elettroni al lato del cloro (a destra). CC BY-SA
Perché è importante?
Questo è il primo grande cambiamento nel modo in cui i chimici pensano al legame in più di 100 anni. Il legame chimico è al centro della chimica, quindi cambiare il modo in cui i chimici pensano al legame cambierà l'intero campo.
Come vengono applicati i legami di spostamento di carica nel mondo reale?
Materiali sintetici come chip per computer, plastica, cosmetici, tessuti e medicinali derivano dalla creazione e dalla rottura di legami chimici.
Perciò, la conoscenza del legame chimico può ispirare nuovi materiali con proprietà che dobbiamo ancora immaginare. Stiamo già vedendo i chimici sfruttare le proprietà dei legami di spostamento di carica per accelerare le reazioni chimiche e per comprendere le proprietà dei solventi industriali.
Qual è l'elemento più cool della tua nuova ricerca?
La chimica è viva e in costante cambiamento:questo è ciò che mi ha attratto per la prima volta nel campo. Il legame a spostamento di carica sfida qualcosa di così fondamentale nel campo che è in gran parte dato per scontato.
Il legame di spostamento di carica della molecola di fluoro che mostra l'esaurimento degli elettroni nella regione di legame. CC BY-SA
Il dramma del cambiamento radicale della teoria è in pieno effetto qui:il concetto è stato introdotto molti anni fa ma non è stato accettato rapidamente; col tempo, il lavoro diligente di una manciata di credenti ha fornito maggiore sostegno all'idea; e ora sta guadagnando un'ampia accettazione grazie alla verifica attraverso mezzi sperimentali e teorici alternativi.
Trovo anche affascinante che la maggior parte dei processi chimici possa ora essere modellata in modo affidabile su un computer. Mi è sempre piaciuta la chimica per la conoscenza che forniva su come funzionano le cose su scala atomica. Però, Non mi sono mai sentito a mio agio a giocare con becher e sostanze chimiche pericolose. Mentre la chimica è ancora una scienza prevalentemente sperimentale, oggi i computer possono dirigere quegli esperimenti fornendo allo stesso tempo un posto per un chimico sperimentalmente sfidato come me.
Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.