La chimica più verde cerca di progettare processi chimici più rispettosi dell’ambiente e sostenibili. La meccanochimica, che utilizza la forza meccanica invece del calore o catalizzatori chimici per guidare le reazioni chimiche, si è rivelata un approccio promettente in questo settore. Tuttavia, comprendere i meccanismi complessi e i potenziali limiti della meccanochimica è fondamentale per la sua efficace implementazione. I raggi X forniscono informazioni approfondite sugli aspetti strutturali e dinamici delle reazioni meccanochimiche, consentendo una comprensione più profonda dei processi coinvolti.
Varie tecniche a raggi X offrono informazioni preziose per gli studi meccanochimici. La diffrazione di raggi X in situ (XRD) consente il monitoraggio in tempo reale delle trasformazioni di fase e dei cambiamenti nelle strutture cristalline durante la lavorazione meccanica. Le tecniche basate sulla radiazione di sincrotrone, come la diffrazione di raggi X su polvere (XRPD) e la diffrazione di raggi X su cristallo singolo (SCXRD), forniscono informazioni strutturali ad alta risoluzione per materiali sintetizzati meccanochimicamente. La spettroscopia di assorbimento dei raggi X (XAS) aiuta a studiare la struttura elettronica e l'ambiente locale di elementi specifici all'interno del sistema di reazione meccanochimica. La tomografia microcomputerizzata (micro-CT) consente la visualizzazione e la quantificazione della porosità e dei cambiamenti morfologici nei prodotti meccanochimici.
Gli studi sui raggi X hanno chiarito diversi meccanismi attraverso i quali le forze meccaniche possono facilitare una chimica più verde. Un aspetto chiave è l’attivazione di reazioni allo stato solido, in cui i raggi X rivelano la formazione di intermedi ad alta energia, come fasi metastabili o stati amorfi, che aumentano la reattività. Ciò consente che le reazioni avvengano a temperature più basse e riduce l'uso di solventi o catalizzatori pericolosi.
I raggi X hanno anche fornito informazioni sul ruolo dei difetti, delle dislocazioni e delle interfacce nelle trasformazioni meccanochimiche. Questi difetti fungono da siti preferenziali per le reazioni chimiche, potenziando la cinetica di reazione e facilitando la formazione di prodotti specifici.
Un altro vantaggio della meccanochimica rivelato dai raggi X è la capacità di accedere a strutture gerarchiche e su scala nanometrica uniche, difficili da ottenere con i metodi chimici convenzionali. Controllando le forze meccaniche, le indagini sui raggi X hanno svelato la formazione e l'autoassemblaggio di nanocristalli, nanofibre e altre nanostrutture.
Sebbene i raggi X forniscano preziose informazioni sui processi meccanochimici, esistono sfide e limitazioni. Le tecniche di preparazione del campione devono essere attentamente ottimizzate per evitare alterazioni indotte dalla manipolazione del campione o dall'irradiazione con raggi X. L'interpretazione di dati radiografici complessi richiede competenze e tecniche avanzate di analisi dei dati. Inoltre, gli esperimenti in situ e risolti nel tempo possono essere limitati dalle strutture e dalla strumentazione disponibili.
I raggi X offrono un potente set di strumenti per acquisire informazioni sui meccanismi e sui percorsi delle reazioni meccanochimiche. Rivelando gli aspetti strutturali e dinamici di questi processi, gli studi sui raggi X contribuiscono a far avanzare lo sviluppo di approcci chimici più ecologici. Con ulteriori progressi nelle tecniche a raggi X e nell’analisi dei dati, la meccanochimica può essere ulteriormente ottimizzata e integrata nei processi di produzione chimica sostenibili.
