L’ossigeno è uno degli elementi più presenti in natura. Lo respiriamo e lo beviamo tutti i giorni. I chimici lo conoscono alla perfezione, lo studiano continuamente. Eppure da circa 80 anni nasconde un mistero che gli scienziati hanno cercato di risolvere. Da quando cioè il famoso chimico d’inizio secolo Gilbert Newton Lewis, in una sua pubblicazione del 1924, si chiese se si potesse realizzare in laboratorio una molecola che unisca insieme da soli quattro atomi di ossigeno. Le molecole di O2, infatti, non tendono a unirsi spontaneamente tra loro. E la possibilità di attaccarle sotto forma di O4 ha messo a dura prova molti scienziati. Ma perché tutta questa necessità di “incollare” quattro atomi di ossigeno? La risposta non è poi così difficile. Rompendo, infatti, questa ipotetica molecola si sprigionerebbe una notevole quantità d’energia. Tale da poter interessare le industrie aerospaziali per lo studio di nuovi carburanti.
Ora, grazie a uno studio, pubblicato sulla rivista tedesca “Angewandte Chemie International Edition”, di un gruppo di ricercatori dell’Università La Sapienza di Roma, coordinato da Fulvio Cacace, l’O4 non è più una semplice ipotesi ma una realtà. “Molti prima di noi”, afferma Cacace, “hanno provato a realizzare dei modelli teorici. E ci sono riusciti. Il problema era passare dalla carta al laboratorio: c’era sempre qualche intoppo che comprometteva l’esperimento”. Il team romano, invece, c’è riuscito grazie alla spettrometria di massa, una tecnica che può attribuire la formula di struttura a composti sconosciuti. Basta avere una piccolissima quantità del composto (anche pochi millesimi di milligrammo). Lo stesso metodo utilizzato per uno studio, sempre dell’équipe di Cacace, che verrà pubblicato nelle prossime settimane sulle pagine di Science. Una ricerca che ha per protagonista questa volta una molecola formata da quattro atomi di azoto. Un composto che, se rotto, può sprigionare molta più energia di quella dell’O4, e su cui la Nasa è pronta a scommetterci tanto che ha già investito nello studio di questa molecola.
Ma torniamo alla ricerca sull’ossigeno. Per combattere la naturale ritrosia di due molecole di O2 a unirsi tra di loro “abbiamo deciso”, spiega Cacace, “di togliere un elettrone a questa molecola. Si è ottenuto così uno ione con carica positiva che a questo punto può legarsi con un un’altra molecola “semplice” di O2. Risultato: un altro ione positivo, questa vola però formato da quattro atomi di ossigeno. Il passo successivo è stato togliere una carica positiva per rendere la molecola neutra”. Esperimento riuscito e confermato anche dalla prova della massa. Quest’ultima misurava infatti 64, il quadruplo di un singolo atomo di ossigeno. La molecola così ottenuta è di tipo metastabile. Ovvero non si rompe se non sollecitata da agenti esterni come il calore. E comunque non si disgrega prima di un microsecondo. Un tempo che può sembrare insoddisfacente ma che invece rappresenta un ottimo punto di partenza per gli scienziati: “Intanto abbiamo dimostrato che l’O4 esiste risolvendo così anche un problema riguardante i legami chimici”, dice Cacace.
Un risultato che apre scenari decisamente interessanti. Come appunto quelli nello studio di nuovi combustibili. “Bisogna dire però”, continua Cacace, “che per ora siamo solo in una fase sperimentale. Per di più non in condizioni normali ma nel vuoto. E poi non mi piace sbilanciarmi sulle possibili applicazioni. L’esperienza mi insegna che a volte molti studi non avuto il seguito che ci si attendeva”.
