Gli scienziati dell'Istituto di chimica organica e biochimica di Praga, dell'Istituto di fisica dell'Accademia ceca delle scienze e dell'Università Palacký di Olomouc hanno scoperto ancora una volta con successo i misteri del mondo delle molecole e degli atomi.
Hanno confermato sperimentalmente la correttezza di una teoria vecchia di decenni che presupponeva una distribuzione non uniforme della densità elettronica nelle molecole aromatiche. Questo fenomeno influenza in modo significativo le proprietà fisico-chimiche delle molecole e le loro interazioni. Questa ricerca amplia le possibilità di progettazione di nuovi nanomateriali ed è il tema di un articolo pubblicato su Nature Communications .
Lo stesso team di autori del precedente studio pubblicato su Science descrisse la distribuzione non uniforme degli elettroni in un atomo, la cosiddetta buca σ.
Ora i ricercatori hanno confermato l’esistenza del cosiddetto π-hole. Negli idrocarburi aromatici troviamo gli elettroni nelle nubi sopra e sotto il piano degli atomi di carbonio. Se sostituiamo gli idrogeni periferici con atomi più elettronegativi o gruppi di atomi che allontanano gli elettroni, le nubi originariamente cariche negativamente si trasformano in lacune elettroniche caricate positivamente.
Gli scienziati hanno adottato il metodo avanzato della microscopia elettronica a scansione e ne hanno spinto ulteriormente le capacità. Il metodo funziona a risoluzione subatomica e può quindi visualizzare non solo gli atomi nelle molecole ma anche la struttura del guscio elettronico di un atomo.
Come sottolinea uno dei ricercatori coinvolti, Bruno de la Torre dell'Istituto ceco di ricerca e tecnologia avanzata (CATRIN) dell'Università Palacký di Olomouc, il successo dell'esperimento qui descritto è dovuto principalmente alle eccellenti strutture del suo istituto e alla partecipazione di eccellenti dottorandi. studenti.
"Grazie alla nostra precedente esperienza con la tecnica Kelvin Probe Force Microscopy (KPFM), abbiamo potuto affinare le nostre misurazioni e acquisire set di dati molto completi che ci hanno aiutato ad approfondire la nostra comprensione non solo di come è distribuita la carica nelle molecole ma anche di ciò che si ottiene con la tecnica," dice Bruno de la Torre.
La moderna microscopia a forza è stata per lungo tempo dominio dei ricercatori dell’Istituto di Fisica. Non solo nel caso delle strutture molecolari hanno sfruttato appieno la risoluzione spaziale senza precedenti. Qualche tempo fa hanno confermato l'esistenza di una distribuzione non uniforme della densità elettronica attorno agli atomi di alogeno, le cosiddette σ-buche.
Questo risultato è stato pubblicato nel 2021 da Science . Alla ricerca precedente e a quella attuale ha contribuito in modo significativo uno degli scienziati cechi più citati di oggi, il Prof. Pavel Hobza dell'Istituto di chimica organica e biochimica dell'Accademia ceca delle scienze (IOCB di Praga).
"La conferma dell'esistenza del buco π, così come del buco σ che lo precede, dimostra pienamente la qualità delle previsioni teoriche della chimica quantistica, che hanno spiegato entrambi i fenomeni per decenni. Mostra che possono essere attendibili anche in assenza di esperimenti disponibili", afferma Pavel Hobza.
I risultati delle ricerche degli scienziati cechi a livello subatomico e submolecolare possono essere paragonati alla scoperta dei buchi neri cosmici. Inoltre erano stati teorizzati per decenni prima che la loro esistenza fosse confermata da esperimenti.
Una migliore conoscenza della distribuzione della carica dell'elettrone aiuterà innanzitutto la comunità scientifica a comprendere molti processi chimici e biologici. A livello pratico, ciò si tradurrà nella capacità di costruire nuove supramolecole e successivamente nello sviluppo di nanomateriali avanzati con proprietà migliorate.
Ulteriori informazioni: B. Mallada et al, Visualizzazione del foro π nelle molecole mediante microscopia a forza di sonda Kelvin, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-40593-3
Informazioni sul giornale: Comunicazioni sulla natura , Scienza
Fornito dall'Istituto di Chimica Organica e Biochimica del CAS
