Fonte: LeScienze.it
-------------------------------------
Grazie a una simulazione al computer, è stato definito in 1,9 terapascal il limite di pressione dell'ossigeno, il cui comportamento all'aumentare di questo parametro ha sorpreso i ricercatori: la sua conducibilità elettrica, per esempio, al crescere della pressione, prima aumenta poi diminuisce, e infine aumenta ancora.
1,9 terapascal: a tanto ammonta la pressione, circa 19 milioni di volte superiore alla pressione atmosferica, che è stata determinata come limite per la stabilità della molecola di ossigeno in base a una simulazione al computer condotta presso l'Università della Ruhr a Bochum (RUB).
“Si tratta di un risultato molto sorprendente”, ha commentato Jian Sun, ricercatore del Dipartimento di chimica teorica della RUB, che ha partecipato allo studio, descritto sulle pagine di “Physical Review Letters”. “Altre semplici molecole come quelle di azoto o di idrogeno non sopravvivono a pressioni così elevate”.
Sempre secondo lo studio, reso possibile dalla collaborazione con lo University College di Londra e il National Research Council of Canada, il comportamento dell'ossigeno al crescere della pressione è assai complicato: la sua conducibilità elettrica, per esempio, prima aumenta poi diminuisce, e infine aumenta ancora. Gli atomi di ossigeno sono legati nella molecola di O2 mediante un doppio legame covalente; nel caso dell'azoto, invece, il legame è triplo.
“Si potrebbe pensare che il più debole doppio legame sia più facile da scindere rispetto a quello triplo e che l'ossigeno perciò polimerizzi a pressioni inferiori rispetto all'azoto”, ha spiegato Sun. “Ciò che abbiamo riscontrato è proprio l'opposto, il che è stupefacente a prima vista."
Nella fase condensata, tuttavia, i fattori che entrano in gioco sono un po' diversi: quando i valori della pressione aumentano, le molecole tendono a essere sempre più vicine le une alle altre. Secondo il modello ipotizzato dai ricercatori, le coppie solitarie di elettroni di differenti molecole si respingono fortemente le une con le altre, impedendo loro di avvicinarsi.
“Si tratta di un risultato molto sorprendente”, ha commentato Jian Sun, ricercatore del Dipartimento di chimica teorica della RUB, che ha partecipato allo studio, descritto sulle pagine di “Physical Review Letters”. “Altre semplici molecole come quelle di azoto o di idrogeno non sopravvivono a pressioni così elevate”.
Sempre secondo lo studio, reso possibile dalla collaborazione con lo University College di Londra e il National Research Council of Canada, il comportamento dell'ossigeno al crescere della pressione è assai complicato: la sua conducibilità elettrica, per esempio, prima aumenta poi diminuisce, e infine aumenta ancora. Gli atomi di ossigeno sono legati nella molecola di O2 mediante un doppio legame covalente; nel caso dell'azoto, invece, il legame è triplo.
“Si potrebbe pensare che il più debole doppio legame sia più facile da scindere rispetto a quello triplo e che l'ossigeno perciò polimerizzi a pressioni inferiori rispetto all'azoto”, ha spiegato Sun. “Ciò che abbiamo riscontrato è proprio l'opposto, il che è stupefacente a prima vista."
Nella fase condensata, tuttavia, i fattori che entrano in gioco sono un po' diversi: quando i valori della pressione aumentano, le molecole tendono a essere sempre più vicine le une alle altre. Secondo il modello ipotizzato dai ricercatori, le coppie solitarie di elettroni di differenti molecole si respingono fortemente le une con le altre, impedendo loro di avvicinarsi.
"Poiché l'ossigeno ha più coppie solitarie rispetto all'azoto, la forza repulsiva tra le molecole è più forte, il che rende la polimerizzazione più difficoltosa. Tuttavia, il numero di coppie solitarie non può essere il solo determinante della pressione di polimerizzazione: riteniamo che sia sia importante anche la forza dei legami tra gli atomi”.
In condizioni di pressioni elevatissime, i gas molecolari come idrogeno, monossido di carbonio, o azoto polimerizzano in catene, strati o strutture più complesse. Allo stesso tempo, spesso si trasformano da isolanti a metalli, ovvero aumentano la loro conducibilità con l'incremento della pressione. Quest'ultima ricerca mostra che nel caso dell'ossigeno le cose vanno diversamente: in condizioni standard, esso ha proprietà isolanti; quando la pressione aumenta, l'ossigeno si trasforma in un metallo e diviene un superconduttore. Con l'ulteriore incremento della pressione, la sua struttura cambia in un polimero e diviene un semiconduttore; ancora oltre l'ossigeno riassume proprietà metalliche e la conducibilità aumenta nuovamente. La struttura polimerica metallica si trasforma infine in una struttura metallica stratificata.
“La polimerizzazione delle piccole molecole in condizioni di alta pressione è stata oggetto di grande attenzione poiché consente di comprendere la fisica fondamentale e la chimica dei processi geologici e planetari”, ha spiegato Sun. “Per esempio, si stima che la pressione al centro di Giove sia di circa sette terapascal; si è anche scoperto che le molecole polarizzate, come N2 e CO2, hanno proprietà peculiari, come alte densità di energia e una elevatissima durezza”.
“La polimerizzazione delle piccole molecole in condizioni di alta pressione è stata oggetto di grande attenzione poiché consente di comprendere la fisica fondamentale e la chimica dei processi geologici e planetari”, ha spiegato Sun. “Per esempio, si stima che la pressione al centro di Giove sia di circa sette terapascal; si è anche scoperto che le molecole polarizzate, come N2 e CO2, hanno proprietà peculiari, come alte densità di energia e una elevatissima durezza”.
Nessun commento:
Posta un commento