Scoperto nuovo tipo di legame chimico: è molto più forte di quanto dovrebbe essere

Un team di scienziati ha scoperto un tipo completamente nuovo di legame chimico, che sfida l’attuale comprensione di cosa sia esattamente un legame chimico. Questi legami sono simili a quelli che esistono tra atomi di molecole diverse, ad esempio nell’acqua, ma hanno una forza simile ai legami covalenti che si stabiliscono tra gli atomi in una molecola.

I normali legami ionici legano, ad esempio, metalli e non metalli per formare sali. D’altra parte, i legami covalenti sono legami più forti tra gli atomi di una molecola, che si trovano, ad esempio, nell’anidride carbonica o nell’acqua.

I legami tra le molecole sono molto più deboli dei legami che si stabiliscono tra gli atomi. Un esempio di un legame più forte del normale tra le molecole è quello che segue un’attrazione elettrostatica tra atomi di molecole diverse. La tensione superficiale dell’acqua, il risultato dei legami idrogeno, che sono forze intermolecolari causate dall’attrazione degli atomi di idrogeno di alcune molecole d’acqua con gli atomi di ossigeno delle molecole vicine.

I legami ionici, covalenti e idrogeno sono relativamente stabili: tendono a durare per lunghi periodi di tempo e gli effetti sono facilmente osservabili. Tuttavia, durante una reazione chimica, e quando i legami si formano o si rompono, tutto si complica e compaiono “stati intermedi” che possono esistere per minuscole frazioni di secondo. Questi sono più difficili da osservare.

La ricerca

Grazie a questa nuova ricerca, gli scienziati sono riusciti a mantenere gli stati intermedi per un periodo di tempo che ha permesso loro di effettuare un esame dettagliato. Il team ha scoperto un legame idrogeno con la forza di un legame covalente, che collega gli atomi a qualcosa di simile a una molecola.

Il meccanismo di questo nuovo legame era elettrostatico, il che significa che coinvolgeva il tipo di differenze nella carica positiva e negativa che definiscono i legami idrogeno. Le nuove connessioni avevano una forza di 45,8 chilocalorie per mole, maggiore di alcune connessioni covalenti. Le molecole di azoto, ad esempio, sono costituite da due atomi di azoto uniti tra loro con una forza di circa 40 kcal/mol. Un legame idrogeno di solito ha un’energia da circa 1 a 3 kcal/mol, come specificato in Biochemistry, del National Institutes of Health nel Regno Unito.

“L’esistenza di uno stato ibrido di legame covalente-idrogeno non solo sfida la nostra attuale comprensione di cosa sia esattamente un legame chimico, ma offre l’opportunità di comprendere meglio le reazioni chimiche“, hanno scritto gli scienziati Mischa Bonn e Johannes Hunger, dell’Istituto Max Planck.

L’articolo scientifico è stato pubblicato il 7 gennaio su Science.

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