Chimica impossibile: il tunnel di fuga quantistico

Il Giornale Online

di Philip Ball

Lo spazio è troppo freddo per la maggior parte delle reazioni chimiche, ma avvengono comunque. Gli atomi e gli elettroni vanno forse sottoterra?

E' molto freddo nello spazio. Quindi l'origine di alcune delle molecole complesse trovate nello spazio, come i polimeri, è un mistero. La maggior parte delle reazioni chimiche procede attraverso la formazione di molecole intermedie ad alta energia, che quindi si ridispongono in prodotti a bassa energia. L'energia, solitamente in forma di calore, è necessaria per far sì che i reagenti superino questa barriera. Secondo la teoria “cinetica” standard, quasi tutte le molecole che si incontrano nelle fredde nubi di gas nel vuoto interstellare, non avrebbero a disposizione l'energia per reagire. Negli anni '70, un chimico sovietico di nome Vitali Goldanski, ha sfidato questo dogma. I suoi esperimenti hanno mostrato che certe molecole coinvolte nelle reazioni di polimerizzazione, continuerebbero a reagire anche se raffreddate a 4° kelvin, leggermente al di sopra delle zone più fredde dello spazio. La formaldeide, un componente comune delle nubi molecolari, potrebbe assemblarsi in catene polimeriche di molte centinaia di molecole, con un piccolo aiuto dai raggi gamma o da elettroni ad alta energia, che si trovano spesso in corsa nello spazio.

Com'era possibile? Goldanski ha ipotizzato che l'idea convenzionale mancava di un elemento cruciale. Le regole quantistiche dicono che le particelle come atomi ed elettroni nelle reazioni chimiche, possono superare barriere energetiche anche se sembrano non avere abbastanza energia, tramite il processo detto tunneling. Goldanski ha suggerito che nell'ambiente estremamente freddo dello spazio, il tunneling sostiene l'attività, forse persino permettendo l'assemblaggio dei mattoni fondamentali della vita nelle polveri interstellari, da ingredienti come cianuro di idrogeno, ammoniaca e acqua. Il lavoro di Goldanski era una curiosità al suo tempo, ma il principio dell'assistenza quantistica ora è ben stabilito. Alcune reazioni biologiche catalizzate da enzimi, sono più efficienti di quanto predetto dalla teoria cinetica, perchè coinvolgono il movimento degli ioni di idrogeno, protoni solitari particolarmente predisposti al tunneling quantistico. Comunque possiamo ancora restare sorpresi. A giugno dello scorso anno, Wesley Allen dell'Università della Georgia ad Atene e i suoi collaboratori, hanno intrappolato un radicale libero altamente reattivo, detto methylhydroxycarbene in una matrice inerte di argon solido a 11° kelvin. Possiede elettroni spaiati che lo predispongono a rapida reazione, anche se si suppone, non a temperature così basse.
Non solo il methylhydroxycarbene ha reagito, ha anche formato il prodotto sbagliato. La molecola può ridisporre i suoi atomi per formare acetaldeide o alcool vinilico, ma la barriera energetica per creare l'alcool vinilico è più bassa, quindi ci si attenderebbe maggior quantità di questo prodotto, invece la reazione ha fornito una grande quantità di acetaldeide http://www.sciencemag.org/content/332/6035/1300

Allen ha proposto che nonostante la barriera per creare acetaldeide è più alta, è anche più stretta, cosa che agevola l'effetto tunnel. Questo tunneling con barriere così alte “è stato uno shock per molti chimici”, ha detto Allen.

Tradotto da Richard per Altrogiornale.org

Immagine: la formaldeide è un comune componente delle nubi molecolari (crediti -Photodisc/Getty)

Fonte: http://www.newscientist.com/article/mg21328481.600-impossible-chemistry-quantum-escape-tunnel.html
Vedi: http://www.lescienze.it/news/2010/02/15/news/reazioni_chimiche_allo_zero_assoluto-557090/

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Chimica impossibile: il tunnel di fuga quantistico ultima modifica: 2012-04-30T17:02:39+00:00 da Richard
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Richard

Noi siamo l’incarnazione locale di un Cosmo cresciuto fino all’autocoscienza. Abbiamo incominciato a comprendere la nostra origine: siamo materia stellare che medita sulle stelle. (Carl Sagan)