La chimica del gelo, ecco la reazione più fredda del mondo

Cosa succede davvero durante una reazione chimica? Quando le molecole si incontrano e stanno per dare luogo ad altre molecole? Per rispondere, oggi, un gruppo coordinato dalla Harvard University ha congelato un gas di molecole alle temperature più basse mai applicate, milioni di volte inferiori rispetto a quelle nello spazio interstellare e prossime allo zero assoluto. E ha ottenuto la reazione chimica più fredda del mondo. I risultati sono pubblicati su Science.

Tutto è chimica

Tutti i fenomeni, tutto ciò che accade, si basa, nel mondo microscopico (e anche a dimensioni ancora più piccole) su reazioni chimiche. Su queste si fonda la respirazione, la digestione, la possibilità di cucinare gli alimenti, la produzione di sapone e di medicinali, nonché di numerosi altri prodotti. Il mondo è fatto di materia e dunque di chimica. Gli autori si sono chiesti come osservare a rallentatore una reazione, così da capire meglio come avviene.

Il team di Harvard è riuscito a “fotografare” uno dei momenti più delicati e complessi di una reazione, quando due molecole (i reagenti) si incontrano e non hanno ancora dato luogo a un prodotto. Questo di solito avviene in milionesimi di miliardesimi di secondo, un tempo talmente piccolo che è impossibile osservare questa transizione.

Una reazione chimica a temperature bassissime

Fino ad oggi, i passaggi intermedi in cui questo avviene – il cosiddetto stato di transizione appunto – non erano mai stati osservati. Mancava dunque un tassello che rappresentasse come avviene questo cambiamento dalla durata brevissima. Per ottenerlo, gli autori hanno usato neioro esperimenti un particolare materiale, un gas fatto di potassio e rubidio, selezionato per la sua flessibilità.

Le temperature ultra-fredde hanno permesso di congelare questo gas, costringendo le sostanze a rimanere bloccate per microsecondi, un tempo milioni di volte più lungo di quello della reazione chimica usuale. Una volta bloccate le molecole, gli scienziati hanno potuto visualizzare la fase intermedia tramite particolari metodiche di spettroscopia e rapidissime telecamere. E hanno ottenuto immagini dei composti intermedi, diversi da quelli finali.

Controllare una reazione chimica

Negli ultimi due decenni c’erano stati dei tentativi di capire meglio cosa accadesse durante una reazione, con l’uso di laser e telecamere velocissime che forniscono immagini istantanee. Tuttavia, finora gli scienziati non erano arrivati a ottenere un quadro completo. “Ma soltanto un’immagine dei reagenti che spariscono e dei prodotti che appaiono nel tempo in cui si riesce ad effettuare la misurazione”, ha ribadito la ricercatrice Kang-Kuen Ni, prima autrice del paper. La nuova tecnica apre la strada al controllo quantistico delle reazioni chimiche con molecole ultrafredde, spiegano gli scienziati. Siamo già nel mondo della meccanica quantistica, al di là della fisica classica: questo perché si devono applicare temperature prossime allo zero assoluto in reazioni che non avverrebbero della chimica classica.

Ora i ricercatori stanno studiando ancora meglio cosa avviene in questo stadio intermedio e il risultato servirà a capire meglio questa e altre reazioni. Si potrebbe anche agire su alcuni processi, manipolando i reagenti. “Con questa possibilità di controllo”, spiega la ricercatrice, “questa finestra di tempo è lunga a sufficienza, possiamo sondare il terreno”. Ora possiamo pensarci mentre prima, sottolinea l’autrice, senza questa tecnica, non avremmo potuto neanche ipotizzarlo.

Riferimenti: Science