Chimica

I cristalli sono elementi strutturali essenziali negli organismi viventi e nelle rocce e componenti cruciali delle tecnologie che rendono possibile la civiltà moderna. Un milione di anni fa, la specie più antica conosciuta che camminava eretta come un essere umano, l'Homo Erectus, aveva un fascino simile a quello umano per i cristalli. Gli storici possono anche individuarne le possibili ragioni: all'epoca i cristalli non assomigliavano a nulla in giro: alberi, valli, montagne. I cristalli erano un materiale su cui riflettere, un affascinante diversivo per la mente.

La ricerca sullo stato di transizione è fondamentale in chimica per chiarire i meccanismi di reazione ed esplorare le reti di reazione. La ricerca di strutture accurate dello stato di transizione 3D, tuttavia, richiede numerosi calcoli di chimica quantistica ad alta intensità computazionale a causa della complessità delle superfici di energia potenziale. Durante una reazione chimica, le molecole guadagnano energia fino a raggiungere il cosiddetto stato di transizione, un punto di non ritorno da cui deve procedere la reazione. Questo stato è così fugace che è quasi impossibile osservarlo sperimentalmente.

Comprendere le superfici e le interfacce dei materiali è vitale in applicazioni come la catalisi o l'elettronica. Combinando le energie della struttura elettronica con la meccanica statistica, le simulazioni ab initio possono, in linea di principio, prevedere la struttura delle superfici dei materiali in funzione delle variabili termodinamiche. Tuttavia, simulazioni energetiche accurate sono proibitive se accoppiate al vasto spazio delle fasi che deve essere campionato statisticamente.

Uno sviluppo recente ed entusiasmante nel campo della chimica è stata la capacità di controllare la morfologia o la forma dei cristalli delle nanoparticelle. Nanoparticelle di forme diverse presentano superfici cristalline (o sfaccettature) diverse rispetto all'ambiente circostante. Il controllo sintetico sulla morfologia delle nanoparticelle ha consentito lo studio dell'influenza delle sfaccettature superficiali sulle proprietà catalitiche delle nanoparticelle.

Le scoperte del professor Samy Cecioni (1), con la collaborazione degli scienziati dell'Université de Montréal’s Department of Chemistry, che aprono la strada a un'ampia gamma di applicazioni, sono state pubblicate sulla prestigiosa rivista europea Angewandte Chemie (2).

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.

Le reazioni elettrocicliche sono caratterizzate dalla formazione concertata e dalla scissione di entrambi i legami s e p attraverso una struttura ciclica. Questa struttura è nota come stato di transizione periciclico per le reazioni termiche e minimo periciclico nello stato eccitato per le reazioni fotochimiche. Tuttavia, la struttura della geometria periciclica deve ancora essere osservata sperimentalmente.

Le batterie ricaricabili agli ioni di litio alimentano smartphone, veicoli elettrici e accumulatori di energia solare ed eolica, tra le altre tecnologie. Discende da un'altra tecnologia, la batteria al litio-metallo, che non è stata sviluppata o adottata in modo così ampio. C'è una ragione per questo: mentre le batterie al litio metallico hanno il potenziale per contenere circa il doppio dell'energia rispetto alle batterie agli ioni di litio, presentano anche un rischio molto maggiore di prendere fuoco o addirittura esplodere.

La sintesi di combustibili liquidi ad alta densità energetica da CO₂ e H₂O alimentati dalla luce solare ha il potenziale per creare un'economia circolare. Nonostante i progressi nella produzione di semplici prodotti gassosi, la costruzione di dispositivi fotoelettrochimici non assistiti per la produzione di multi-carbonio liquido rimane una sfida importante.

I biologici, una classe di terapie derivate da organismi viventi, offrono enormi vantaggi ai pazienti che combattono malattie e disturbi impegnativi. I trattamenti basati sui farmaci biologici possono potenziare il sistema immunitario per arginare gli attacchi da infezioni o mirare a percorsi specifici per bloccare la formazione di tumori.