Immaginate una stretta di mano fra due persone che si sono appena conosciute. Ora immaginate qualcosa di simile, in cui però la mano che stringe è una sola, e ciononostante riesce a tenere collegate in qualche modo le due persone. È solo una metafora, con tutti i suoi limiti, che aiuta però a intuire l’entità della scoperta che un gruppo di ricercatori della Hokkaido University (Giappone) ha descritto in uno studio appena pubblicato su Nature: l’esistenza, in una molecola progettata dagli stessi autori della ricerca, di un legame covalente fra due atomi di carbonio che sfrutta un solo elettrone, anziché una coppia di elettroni.
Il legame covalente
Facciamo un passo indietro. Secondo la sua classica definizione chimica, il legame covalente prevede che due atomi mettano a comune una o più coppie di elettroni a formare un’interazione stabile. Si tratta di un tipo di legame molto solido, dato che i due atomi che vi partecipano stabilizzano la loro configurazione elettronica proprio grazie a questa condivisione. Per fare alcuni esempi, il legame covalente è quello che tiene uniti l’ossigeno e l’idrogeno nelle molecole di acqua, è quello che collega gli atomi di carbonio in una molecola di glucosio… e potremmo andare avanti praticamente all’infinito.
Già nel 1931, però, Linus Pauling, che vinse il Nobel per la chimica nel 1954 proprio per i suoi studi sui legami chimici, formulò l’ipotesi che potessero in realtà esistere anche legami covalenti basati su di un singolo elettrone. Tuttavia, l’ipotesi prevedeva che questo tipo di legame sarebbe stato probabilmente molto più debole di un classico legame covalente e, infatti, fino ad oggi il legame covalente a singolo elettrone è stato osservato rarissimamente e mai fra due atomi di carbonio.
Due atomi di carbonio e un solo elettrone in mezzo
Oggi, per la prima volta, il gruppo della Hokkaido University è riuscito ad osservarlo. Gli autori dello studio sono partiti da una molecola con una struttura particolarmente stabile, in cui due dei molti atomi di carbonio che la compongono formano un classico legame covalente pur trovandosi a una distanza più elevata rispetto a quella che caratterizza di solito un legame covalente fra due atomi di carbonio. Dopodiché hanno sottoposto questa molecola a una reazione di ossidazione, ossia le hanno sottratto un elettrone, in presenza di iodio. In questo modo hanno ottenuto dei cristalli di un sale costituito dalla forma cationica (cioè carica positivamente) della molecola originale e da un anione (cioè uno ione carico negativamente) dello iodio. A questo punto hanno potuto utilizzare i raggi X e una tecnica spettroscopica (la spettroscopia Raman) per studiare l’esatta struttura della molecola e scoprire così dell’esistenza al suo interno di un legame covalente a singolo elettrone fra due atomi di carbonio.
“Questi risultati costituiscono quindi la prima prova sperimentale di un legame covalente carbonio-carbonio a singolo elettrone, che può aprire la strada a ulteriori sviluppi della chimica di questo tipo di legame scarsamente esplorato”, racconta Takuya Shimajiri, autore principale del lavoro e attualmente ricercatore presso l’Università di Tokyo.
“Ogni volta che si fa qualcosa con il carbonio l’impatto è maggiore che con qualsiasi altro elemento”, commenta Guy Bertrand, docente di chimica presso l’Università della California, intervistato da Nature. “È una curiosità – conclude – Ma sarà nei libri di testo”.
Via Wired.it
Crediti immagine: Yusuke Ishigaki
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