L'interazione orbitale intermetallica nel complesso dinucleare dello zinco è responsabile della cattura della luce visibile per mostrare un colore giallo aranciato, mentre uno analogo senza tale interazione è incolore
Finora, è noto che i complessi d10 basati sullo zinco (Zn) sono incolori a meno che non siano accompagnati da gruppi cromofori, e quindi le prestazioni fotofisiche fondamentali e avanzate dei centri dei complessi dello zinco, specialmente nelle regioni della luce visibile, sono rimaste inesplorate. Lo zinco è un elemento importante che si trova ampiamente nei sistemi biologici, è economico da produrre rispetto ad altri metalli e ha una bassa tossicità. Tuttavia, a differenza di altri metalli simili che presentano una varietà di colori vivaci nei complessi metallici, non si riteneva possibile vedere colori diversi per i materiali di zinco.
In uno studio pubblicato su Angewandte Chemie International Edition (1), i ricercatori dell'Institute of Industrial Science, The University of Tokyo (UTokyo-IIS), hanno sintetizzato un complesso con due ioni di zinco che mostrano colore, espandendo notevolmente le potenziali proprietà dei complessi di zinco.
Eloquenti cambiamenti di colore vengono spesso utilizzati per dimostrare reazioni chimiche per divertimento; tuttavia, possono anche avere usi importanti negli indicatori, nei sensori e nei materiali intelligenti. Per alcuni complessi metallici questi cambiamenti avvengono perché la luce visibile ha l’energia giusta per spostare gli elettroni tra gli orbitali, le parti della struttura dell’atomo che accolgono gli elettroni. Tuttavia, il divario energetico tra tali orbitali dello ione più stabile dello zinco è molto più grande dell'energia della luce visibile, quindi gli elettroni non possono essere spostati tra gli orbitali e quindi non possono produrre colore.
I ricercatori dell’Istituto di Scienze Industriali dell'University of Tokyo, hanno ora dimostrato che mettendo in gioco un secondo atomo di zinco può risultare un materiale che è giallo, sia come solido che quando disciolto in soluzione.
I ricercatori hanno progettato attentamente due molecole contenenti atomi di silicio che fornivano perfette stazioni di aggancio in cui inserire gli ioni di zinco. Entrambi i complessi zinco-silile supportavano due atomi di zinco ma a distanze diverse.
Il dottor Yoshimasa Wada (2), autore principale dello studio, dice: «Abbiamo utilizzato due sistemi per dimostrare che gli atomi di zinco lavorano insieme per creare un complesso che assorbe la luce nello spettro visibile. Nel primo sistema gli atomi di zinco erano relativamente distanti tra loro – 5,71 angstrom – e il materiale era incolore. Mentre nel secondo sistema erano molto più vicini tra loro – 2,93 angstrom – e il materiale di zinco era giallo».
Nel sistema in cui gli atomi di zinco erano più vicini tra loro, erano in grado di combinare i loro orbitali in modo che l'energia necessaria per riorganizzare i loro elettroni fosse nella regione visibile. Su larga scala ciò significava che sia il solido che la soluzione del secondo complesso apparivano gialli.
Il dottor Yusuke Sunada (3), autore senior, dice: «L'interazione osservata tra i centri dello zinco amplia le potenziali proprietà dei complessi di zinco. Crediamo che le nostre scoperte apriranno la strada a una famiglia completamente nuova di materiali interessanti».
Lo zinco può ora aggiungere l’interazione della luce visibile al suo elenco di proprietà utili. Data la prevalenza dello zinco in biologia e la sua bassa tossicità, ciò potrebbe aprire nuovi usi per lo zinco nel biosensing e nella biocatalisi.
L'Institute of Industrial Science, The University of Tokyo (UTokyo-IIS) è uno dei più grandi istituti di ricerca universitari del Giappone. UTokyo-IIS comprende oltre 120 laboratori di ricerca, ciascuno guidato da un membro della facoltà, e conta oltre 1.200 membri (circa 400 dipendenti e 800 studenti) attivamente impegnati nell'istruzione e nella ricerca. Le sue attività coprono quasi tutte le aree dell'ingegneria. Fin dalla sua fondazione nel 1949, UTokyo-IIS ha lavorato per colmare gli enormi divari esistenti tra le discipline accademiche e le applicazioni del mondo reale.
Riferimenti:
(2) Yoshimasa Wada
(3) Yusuke Sunada
Descrizione foto: I ricercatori dell'Institute of Industrial Science, The University of Tokyo (UTokyo-IIS) sintetizzano un complesso di zinco a due centri che assorbe la luce visibile come solido e in soluzione. - Credit: Institute of Industrial Science, the University of Tokyo.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Bringing out the color in zinc