Anello composto da cinque atomi di bismuto
Mistero chimico risolto dopo decenni
I ricercatori del Karlsruhe Institute of Technology (KIT) sono riusciti per la prima volta a sintetizzare una molecola composta da cinque atomi di bismuto, il bi₅-ring, e a stabilizzarla in un complesso metallico. Con questa scoperta hanno colmato un'importante lacuna nella chimica e creato le basi per nuove applicazioni nella ricerca sui materiali, nella catalisi e nell'elettronica. Il team riporta i risultati su Nature Chemistry.
"Con il successo della sintesi del bi₅-ring, abbiamo risposto a una domanda di lunga data nella ricerca di base. Questa molecola potrebbe svolgere un ruolo importante nello sviluppo di nuovi materiali e processi chimici in futuro", spiega la professoressa Stefanie Dehnen dell'Istituto di Chimica Inorganica del KIT e responsabile del gruppo di ricerca Cluster-based Materials. È particolarmente interessante che l'anello bi₅ abbia una struttura simile alla molecola ciclopentadienile (C₅H₅)-, già ampiamente utilizzata nell'industria. Tuttavia, l'anello Bi₅- si differenzia per la sua massa maggiore e per le sue proprietà elettroniche uniche.
Enigma chimico risolto dopo decenni
Per decenni, i ricercatori hanno cercato analoghi pesanti dell'anello ciclopentadienilico, ossia varianti della molecola in cui gli atomi di carbonio e idrogeno originali sono sostituiti da elementi più pesanti. Questi offrono proprietà potenzialmente interessanti e attraenti per la catalizzazione di reazioni chimiche o per i materiali per i componenti elettronici. L'analogo costituito da atomi dell'elemento bismuto, il metallo più pesante ma anche non tossico, è rimasto finora sconosciuto, anche se si prevedeva che l'anello avesse proprietà aromatiche simili, cioè elettroni altrettanto stabili e ampiamente distribuiti come (C₅H₅)-. L'isolamento dell'anello dimostra che anche le varianti più pesanti possono essere introdotte in composti stabili e utilizzate per le reazioni. I metodi analitici di alta precisione, applicati in collaborazione con i gruppi del professor Florian Weigend dell'Istituto di Nanotecnologia del KIT e del professor Wolfgang Wernsdorfer dell'Istituto di Fisica del KIT, hanno fornito informazioni dettagliate sulle particolari proprietà elettroniche e magnetiche del prodotto [{IMesCo}₂Bi₅]. Come previsto, ciò ha dimostrato che questa molecola è particolarmente promettente per le applicazioni nella catalisi e nell'elettronica.
Stefanie Dehnen e il suo team hanno ottenuto la sintesi grazie a una combinazione di esperienza, intuizione e moderna tecnologia di sintesi. Un fattore decisivo è stato l'uso di un solvente speciale, spiega la professoressa, che ha recentemente ricevuto il premio IUPAC Distinguished Women in Chemistry or Chemical Engineering. Il premio riconosce gli straordinari risultati ottenuti dalle donne nella chimica e nell'ingegneria chimica in tutto il mondo.
Le tecnologie sostenibili potrebbero beneficiarne
Il lavoro del gruppo di ricerca dimostra quanto sia importante la ricerca di base per le scoperte scientifiche. I risultati non sono solo una pietra miliare della chimica, ma potrebbero anche costituire la base per lo sviluppo di tecnologie più efficienti e rispettose dell'ambiente. Il progetto è stato finanziato dalla Fondazione tedesca per la ricerca e dal Consiglio europeo della ricerca. Il team ha in programma di studiare altri composti basati sul bi₅-ring per sfruttarne appieno il potenziale per le reazioni chimiche e le applicazioni nella scienza dei materiali. In futuro, saranno utilizzati anche metodi di apprendimento automatico per ottimizzare ulteriormente le vie di sintesi e accelerare la ricerca. "Speriamo che il nostro lavoro possa motivare altri ricercatori a proseguire in questa direzione e a sviluppare nuove applicazioni", afferma Dehnen. A tal fine, lei e il suo team intendono collaborare con le aziende e gli istituti di ricerca interessati.
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