Lo sviluppo sostenibile, chiave di volta del progresso tecnologico del XXI secolo, impone alle scienze chimiche di giocare un ruolo primario nella riconversione di vecchie tecnologie in nuovi processi puliti e nella progettazione di nuovi prodotti e nuovi processi eco-compatibili: la green chemistry, la “chimica verde”, mira a ridurre e prevenire l’inquinamento alla fonte. E lo fa secondo diversi percorsi. Come quello della cosiddetta “meccano-chimica”.
In questi anni c’è un interesse sempre maggiore per questo ramo della scienza che consiste nell’accoppiamento della meccanica e dei fenomeni chimici su scala molecolare e comprende, per esempio, rotture meccaniche per valutare il comportamento chimico dei solidi meccanicamente sollecitati. La “meccano-chimica” può essere quindi considerata come l’interfaccia tra la chimica e l’ingegneria meccanica: Ma c’è un grosso problema, che consiste nella possibilità di monitorare le reazioni e quindi studiare la chimica sottostante.
A questo proposito una novità viene da un team internazionale di ricercatori dell’Università McGill (Canada) in collaborazione con quelle di Zagabria e Cambridge, il Max-Planck-Institute for Solid State Research di Stoccarda e l’European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) di Grenoble, che si è concentrato sullo studio in tempo reale della reazione di fresatura causata dall’impatto di sfere di acciaio in rapido movimento: gli scienziati sono riusciti, per mezzo dei raggi X, a osservare le rapide trasformazioni che portano da semplici reagenti a prodotti complessi.
Il procedimento di fresatura consiste nell’agitazione di sfere in acciaio insieme ai reagenti e ai catalizzatori in un contenitore che vibra rapidamente: le trasformazioni chimiche hanno luogo presso i siti di collisione delle sfere, dove l’impatto provoca immediati “punti caldi” localizzati di calore e pressione.
I ricercatori hanno deciso di indagare la produzione meccano-chimica dello ZIF-8, materiale appartenente alla classe degli ZIFs (Zeolitic Imidazolate Frameworks) che sono strutture metallo-organiche dell’imidazolo zeolitico composte da ioni di metalli di transizione tetra-coordinati connessi attraverso linkers organici. Gli ZIFs sono materiali chimicamente e termicamente stabili e sono utilizzati per catturare grandi quantità di CO2 prima che vengano emessi in atmosfera dai processi industriali.
Il professor Tomislav Frišcic, del dipartimento di Chimica dell’Università McGill, racconta: «Quando abbiamo deciso di studiare queste reazioni, la sfida era quella di osservare l’intera reazione senza disturbarla; in particolare, osservare gli intermedi di breve durata che appaiono e scompaiono in caso di urto continuo in meno di un minuto». Il team ha utilizzato raggi X ad alta energia che sono in grado di penetrare pareti di 3 millimetri di spessore di un vaso di reazione in rapido movimento in acciaio, alluminio o plastica: questa metodologia innovativa ha consentito l’osservazione in tempo reale della cinetica di reazione, degli intermedi di reazione e della trasformazione dei reagenti in prodotti.
In linea di principio, questa tecnica può essere usata per studiare tutti i tipi di reazioni meccano-chimiche, e potrebbe essere ottimizzata per la lavorazione in diversi tipi di industrie, come quelle farmaceutiche o metallurgiche. «Questo si tradurrebbe in una buona notizia per l’ambiente, per l’industria e per i consumatori» ha detto Frišcic.