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CHIMICA/ Una microleva "atomica" misura i legami molecolari senza toccarli

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Gli scienziati dell’IBM Research di Zurigo hanno utilizzato una tecnica sofisticata, chiamata microscopia a forza atomica ad assenza di contatto (NC-AFM, No Contact Atomic Force Microscope), per visualizzare per la prima volta i legami chimici in singole molecole complesse come il celebre fullerene o gli idrocarburi aromatici policiclici (PAHs, Polycyclic Aromatic Hydrocarbons). I ricercatori hanno ricavato l’ordine di legame, cioè un indice dell’intensità del legame chimico tra due atomi, e la lunghezza dei legami carbonio-carbonio in due idrocarburi aromatici policiclici e nel C60; quest’ultimo è più conosciuto come fullerene, conosciuto anche come buckyball a causa della forma simile a una sfera o a un elissoide o, più suggestivamente, a un pallone da calcio: entrambe le denominazioni sono un richiamo alle costruzioni poliedriche dell’architetto Buckminster Fuller.

I legami tra gli atomi di carbonio nei PAHs differiscono leggermente nella loro lunghezza e forza e tutte le importanti proprietà chimiche, elettroniche e ottiche di queste molecole sono relative alle differenze dei legami nei sistemi poliaromatici: per la prima volta queste differenze sono state rilevate in singole molecole e in singoli legami. Questo studio può aumentare la comprensione a livello di molecole singole, importanti per la ricerca di nuovi congegni elettronici, celle solari organiche e diodi organici ad emissione di luce (OLED, Organic Light Emitting Diode).

In particolare, possono essere studiati il rilassamento dei legami intorno ai difetti del grafene (altro materiale di grande attualità), i cambiamenti dei legami nelle reazioni chimiche e negli stati eccitati. Gli scienziati dell’IBM Research hanno utilizzato un NC-AFM con una punta di dimensioni atomiche, sospesa all’estremità da una microleva, che termina con una singola molecola di monossido di carbonio (CO): l’estremità oscilla con una minuscola ampiezza sopra il campione per misurare le forze tra la punta e il sistema studiato, come per esempio una molecola, allo scopo di creare un’immagine.

La terminazione in CO agisce come una potente lente di ingrandimento per rivelare la struttura della molecola, compresi i suoi legami. Nella precedente ricerca, il gruppo di studiosi era riuscito a visualizzare la struttura molecolare, ma non le sottili differenze dei legami: dal punto di vista sperimentale, la lunghezza di legame può essere determinata con notevole accuratezza grazie a tecniche che sfruttano la diffrazione della radiazione elettromagnetica che colpisce i cristalli. Queste tecniche, però, forniscono valori medi su un grande numero di molecole: quando si tratta di studiare singoli legami occorre usare una tecnica più accurata come la microscopia elettronica.



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