Uno studio dell’Università di Umeå ha rivelato un nuovo tipo di reazione oscillante in cui la grafite si converte in ossido di grafite, con strutture intermedie che appaiono e scompaiono, suggerendo implicazioni più ampie per la teoria chimica.
Comprensione della reazione oscillante
I ricercatori dell’Università di Umeå hanno spiegato una reazione che ha lasciato perplessi gli scienziati per 50 anni. Rapide istantanee strutturali hanno catturato il modo in cui la grafite si trasforma in ossido di grafite durante l’ossidazione elettrochimica, scoprendo strutture intermedie che appaiono e scompaiono ciclicamente. Secondo i ricercatori, si tratta di un tipo completamente nuovo di reazione oscillante.
Le reazioni chimiche oscillanti sono affascinanti da osservare e forniscono preziose informazioni su come funzionano i sistemi complessi, sia in chimica che in natura. Esempi visivi classici di tali reazioni mostrano come i colori di una soluzione cambiano avanti e indietro, passando attraverso diversi stati e producendo un prodotto finale dopo ogni ciclo.
La danza della grafite: una reazione oscillante
In un nuovo studio pubblicato sulla rivista scientifica Angewandte Chemie, i ricercatori di Umeå hanno segnalato un nuovo tipo di reazione oscillante durante l’ossidazione elettrochimica della grafite.
Alexandr Talyzin, professore del Dipartimento di fisica presso l’Università di Umeå, ha spiegato: “È noto da 50 anni che alcune oscillazioni di tensione si verificano spontaneamente quando una carica viene applicata a un elettrodo di grafite immerso in una soluzione di acido solforico. Il prodotto finale di questa reazione è l’ossido di grafite, un materiale costituito da strati di ossido di grafene. Tuttavia, ciò che accade alla struttura del materiale durante la reazione a ogni ciclo di oscillazione è rimasto un completo mistero”.
Il video mostra la superficie di un materiale che in origine era grafite e come il suo aspetto cambia in onde. Sopra il filmato, vengono mostrati i cambiamenti di tensione. Quando la tensione è alta, si verificano molti rapidi cambiamenti nel materiale, mentre a bassa tensione non si verificano quasi cambiamenti.
Ritmi nascosti: una nuova reazione oscillante
Grazie ai nuovi metodi di sincrotrone, i ricercatori hanno potuto registrare scansioni di diffrazione dei raggi X in pochi secondi, fornendo istantanee dei cambiamenti di struttura del materiale durante l’ossidazione. Sorprendentemente, gli esperimenti hanno rivelato una fase intermedia con una struttura specifica che appare in una parte del ciclo, scompare nella fase successiva e poi riappare, ripetendo il ciclo.
Talyzin ha dichiarato: “Ci siamo presto resi conto di aver osservato un nuovo tipo di reazione oscillante, per quanto ne sappiamo. Ciò che era iniziato come uno studio dettagliato di una particolare reazione chimica è improvvisamente apparso molto più interessante dal punto di vista della chimica fondamentale. Bartosz Gurzeda, il primo autore dello studio, ha anche registrato un bellissimo video che mostra cambiamenti periodici nell’aspetto di un campione ogni pochi minuti”.
Le reazioni di oscillazione avvengono all’interno di tutti gli esseri viventi, ma un tempo erano considerate impossibili nella chimica inorganica. Questa scoperta amplia la nostra conoscenza della cinetica chimica e dei meccanismi di reazione e potrebbe portare allo sviluppo di nuove teorie e modelli in chimica.
La prima teoria che spiega le reazioni oscillanti valse il premio Nobel a Ilya Prigogine nel 1977 ed è diventato una parte fondamentale della termodinamica di non equilibrio, dimostrando come l’ordine possa emergere dal caos.
Talyzin ha concluso: “Ci aspettiamo che questa scoperta stimoli lo sviluppo di nuove teorie che ci permettano di comprendere a fondo questo inedito meccanismo di reazione e di individuare altri fenomeni simili, aprendo così nuove frontiere nella chimica”.
