Un presupposto comune in chimica è che il numero di coordinazione della superficie di un catalizzatore determina la reattività della reazione che catalizza. Sorprendentemente, i chimici dell'Università di Leida hanno ora dimostrato che questo non è vero per la reazione chimica più semplice della natura:la dissociazione dell'idrogeno. I ricercatori sono riusciti a misurare le cosiddette reattività assolute di questa reazione, una prima nella scienza. Hanno pubblicato i loro risultati in Angewandte Chemie .

Arma segreta

I catalizzatori sono ampiamente utilizzati nella nostra vita quotidiana, come il catalizzatore al platino nello scarico della tua auto. Però, spesso non si capisce come funzionino esattamente. Il professor Ludo Juurlink e il suo gruppo cercano di cambiare questa situazione e hanno un'arma segreta per farlo:una superficie curva di platino. L'anno scorso, questo apparecchio gli è valso due pubblicazioni su importanti riviste:in Scienza hanno finalmente dimostrato quale modello teorico per la reazione dell'idrogeno sul platino è corretto e in PNAS hanno mostrato come reagisce l'ossigeno sul platino. Ora, i chimici hanno usato questo platino speciale per scuotere un'idea importante e consolidata in chimica:la coordinazione.

Zoomando su un catalizzatore

Per spiegare questo, dobbiamo prima dare un'occhiata alla superficie di un catalizzatore, che è dove avvengono le reazioni chimiche. Questa superficie è costituita da atomi, atomi di platino in questo studio, che sono allineati in un modo specifico. Ogni atomo ha un diverso numero di coordinazione, indicando quanti altri atomi circondano questo particolare atomo. Se prendiamo come esempio la reazione dell'idrogeno sul platino, l'idea generale era la seguente:il numero di coordinazione degli atomi sulla superficie del platino determina la reattività verso l'idrogeno molecolare.

Il team di Leida ha utilizzato due cristalli di platino curvi per verificare questa ipotesi. "Poiché la superficie di platino è curva, la struttura atomica cambia molto gradualmente lungo la superficie, " spiega il capogruppo Juurlink. "Puoi paragonare questa struttura a una scala, i cui gradini verso i bordi si fanno sempre più stretti. Nel mezzo, sembra più una sala da ballo." Ma perché è importante? La superficie di un catalizzatore non è piatta e liscia, ma irregolare, con gradini e pieghe. E proprio a queste irregolarità, avvengono reazioni chimiche. Con il platino curvo, i ricercatori imitano questo effetto, sapendo contemporaneamente esattamente quanti passaggi o attorcigliamenti ha ciascuna parte del cristallo. Ciò ha consentito ai chimici di misurare la reattività dell'idrogeno rispetto alla densità dei gradini o delle pieghe sul platino.

Passi e intoppi

"Abbiamo individuato tre tipi di irregolarità, " dice la dottoranda Sabine Auras, primo autore dello studio. "Ci sono i tipi A, il tipo B, e il tipo attorcigliato." Per ogni tipo, ha misurato le reattività. Dove la superficie ha più gradini o più pieghe, la reattività aumenta. Finora, niente di nuovo sotto il sole. "Ma abbiamo anche scoperto che questo aumento è diverso per ogni tipo di irregolarità. E questa differenza non corrisponde a quanto ci si aspetterebbe in termini di coordinamento". Anziché, il team ha definito le sezioni trasversali per l'interazione dell'idrogeno e passaggi o pieghe, che rappresentano un importante punto di riferimento per altri ricercatori del settore.

Visione a lungo termine

Le basi di questa pubblicazione in Angewandte Chemie sono state posate cinque anni fa quando l'ex Ph.D. Il candidato Dima Bashlakov ha scoperto qualcosa di speciale studiando un cristallo di platino curvo. "Penso che la nostra ricerca sostenga l'idea che il finanziamento della scienza non dovrebbe mai essere focalizzato su una visione a breve termine o risultati a breve termine, " dice Juurlink. "Purtroppo, questi sono entrambi aspetti che sembrano così comuni nelle applicazioni di ricerca in questi giorni."

Auras aggiunge:"Capisco che abbiamo una responsabilità nei confronti della società. Ma con un certo grado di libertà, che i finanziamenti a lungo termine possono fornire, possiamo ottenere risultati davvero unici. Non puoi sempre guidare la scienza."