Nell’immaginario comune una reazione chimica è qualcosa che prevede un travaso di liquidi in provette: infatti, la maggior parte delle reazioni vengono svolte in soluzione; in questo modo le molecole sono libere di muoversi e di “incontrarsi” per poter reagire e questo può avvenire più rapidamente agitando il liquido.
Ma non è sempre così. Una semplice reazione didattica si può fare mescolando due polveri bianche, come nitrato di piombo e ioduro di potassio; agitando per qualche minuto il contenitore, si ottiene una polvere gialla: una miscela di nitrato di potassio (bianco) e ioduro di piombo (giallo).
Nel linguaggio delle formule sarà: Pb(NO3)2 + 2KI ? 2KNO3 + PbI2
Abbiamo fatto una reazione allo stato solido! Quando i granelli di polvere sono a contatto gli atomi e le molecole possono migrare e reagire; ovviamente il processo è molto più lento che in soluzione perché i movimenti sono fortemente impediti: l’esempio riportato più sopra è eccezionalmente veloce. Le reazioni allo stato solido non sono una novità né una stravaganza: sono molto usate soprattutto nelle preparazione di ossidi metallici complessi che costituiscono materiali che in questo momento suscitano un grande interesse come superconduttori, termoelettrici ecc. Reazioni di questo tipo partecipano alla trasformazione chimica delle rocce in tempi che non a caso sono detti geologici.
Le reazioni allo stato solido sono invece inconsuete in chimica organica anche se non mancano esempi anche molto vecchi. Un recente articolo di Nature racconta le esperienze di Tomislav Frišcic alla McGill University di Montreal e di Dario Braga all’Università di Bologna: il suo titolo, non a caso, è Slow Chemistry. Entrambi stanno studiando le reazioni allo stato solido. I campi di applicazione sono diversi: in campo farmaceutico l’invecchiamento delle pillole, dove reazioni allo stato solido possono alterare i componenti; l’estrazione di metalli puri dai minerali senza l’utilizzo di acidi forti; la sintesi di sostanze organiche senza l’uso di grandi quantità di solventi tossici. Gli ultimi due casi sono interessanti per lo sviluppo di processi poco inquinanti (Green Chemistry).
Le tecniche per accelerare, entro certi limiti, questo tipo di reazioni sono il riscaldamento, che è il metodo generale per accelerare qualunque tipo di reazione, e il ridurre le sostanze in polvere fine il più possibile in modo da massimizzare la superficie di contatto tra le particelle. A questo punto quali sono le prospettive: difficilmente le reazioni in soluzione saranno abbandonate, sono molto più facili da controllare in ambito industriale, dove è necessaria una buona automatizzazione del processo cosa relativamente facile in fase liquida.
Le reazioni in solido si prestano meglio alle produzioni su piccola scala o in laboratorio per produrre composti particolarmente complessi: sono uno strumento in più nell’armamentario chimico con il vantaggio di non necessitare complicati processi di purificazione del prodotto.