Ho l’impressione di camminare sulle uova visto che vorrei scrivere di qualcosa che è abbastanza fuori dal mio campo: se scrivo bestialità correggetemi, ma è qualcosa di troppo entusiasmante per non parlarne!
Nel 1996 il premio Nobel per la chimica è stato vinto da quello che oggi è un allegro signore di più di 70 anni di nome Harold Kroto e da altri due scienziati, Robert Curl e Richard Smalley per la scoperta di un nuovo allotropo del carbonio denominato buckminsterfullerene o semplicemente fullerene.
La sua scoperta è particolarmente interessante a mio modo di vedere perchè dimostra come la distinzione “scatolesca” tra le diverse scelte sia un puro artificio e quanto sia importante collaborare tra persone con differenti competenze ed orizzonti.
Ci si è infatti imbattuti in questa particolare molecola durante alcuni studi di interesse astronomico. L’obiettivo era quello di determinare l’eventuale presenza di molecole contenenti carbonio nelle nubi interstellari: lo strumento utilizzato era la spettroscopia a microonde. In particolare l’interesse era volto verso le catene di carbonio. Gli esperimenti in questo ambito fornirono risultati interessanti: si osservarono alcune molecole lineari con da 5 a 9 atomi di carbonio. Questa osservazione deponeva a favore dell’ipotesi che le molecole a catena potessero essersi formate facilmente nelle giganti rosse. C’era però una sorpresa: risultava molto presente una molecola con ben 60 atomi di carbonio e accanto ad essa ve ne era una più rara da 70.
Questa molecola così grande presentava qualche difficoltà ad essere spiegata o anche soltanto immaginata, ma una volta trovata la soluzione (la soluzione di un problema di geometria e di chimica) ci si è trovati davanti ad un oggetto che appartiene alla vita quotidiana.
La forma del fullerene è infatti uguale a quella di un pallone da calcio: vale a dire è composto da pentagoni ed esagoni (non è infatti possibile costruire un solido chiuso costituito da facce esagonali regolari). In geometria questo solido potrebbe essere definito un icosaedro troncato noto sin dall’antichità e presente in alcune opere artistiche e architettoniche tra cui quella che ha dato al fullerene il suo nome completo di Buckminsterfullerene dal nome dell’architetto dell’Expo di Montreal (1967) che ispirò gli scopritori di questa molecola.
In realtà una molecola contenente atomi di carbonio dotata di questa forma particolare era stata precedentemente prevista da Eiji Osawa nel 1970, ma era rimasta un’ipotesi teorica (studiando il corannulene che ha la forma di una parte di icosaedro troncato aveva supposto che potesse esistere un icosaedro troncato completo) e non era mai arrivata negli Stati Uniti o in Europa. L’idea era venuta anche ad altri studiosi, ma nessuno aveva pensato che potesse esistere naturalmente una molecola simile che in effetti presenta caratteristiche inconsuete.
Si pensa che si formi partendo da fogli di grafite che presentano strutture planari costituite da esagoni ai cui vertici si trovano gli atomi di carbonio.
L’ipotesi è che questi fogli si siano chiusi (immaginate di piegarli, come se faceste origami) eliminando uno spigolo che renderebbe la molecola reattiva, mentre invece è particolarmente poco reattiva.
La scoperta è consistita perciò nell’osservare la presenza di una molecola composta da 60 atomi di carbonio, ma soprattutto nel cercare di immaginare come è fatta e come si dispone nello spazio.
Sulle proprietà chimiche del fullerene ci sarebbe da dire molto in quanto la sua struttura a gabbia lo rende particolarmente interessante per “intrappolare” molecole più piccole e la sua struttura è particolarmente stabile. Tuttavia non ho nemmeno lontanamente le competenze necessarie per poterne parlare in modo approfondito. Quello che però è interessante è il fatto che la scoperta di questa palla di carbonio ha aperto molte porte: sono state infatti studiate e sintetizzate delle varianti del buckyball (come viene detta amichevolmente il nostro C60), ma l’idea che i fogli di grafite potessero essere piegati ha dato anche il via agli studi sui nanotubi e dei cosiddetti nanobud (strutture ibride di nanotubi e fullereni).
I nanotubi che si ottengono arrotolando un foglio di grafite, per le loro proprietà peculiari, sembrano poter avere applicazioni interessanti sia in campo tecnologico (nella costruizione di transistor sempre più miniaturizzati in grado di lavorare con una logica digitale basata su un singolo elettrone, ad esempio), ma anche in campo energetico (celle solari, nuovi tipi di batterie) e si prospettano utilizzi in ambito medico (anche se qui per quanto ne so, dovremmo essere ancora abbastanza lontani da utilizzi pratici).
Insomma, fullereni, nanotubi e nanobuds hanno dato uno slancio alle nanotecnologie non indifferente aprendo moltissime prospettive e diventando anche parte della “cultura popolare scientifica“. Sono oggetto di studio di scienziati di tutto il mondo sia per le loro applicazioni da fantascienza sia per controllare che il loro utilizzo non comporti rischi per la salute: infatti anche se teoricamente si tratta di molecole molto inerti alcuni test evidenziano alcuni pericoli se presenti in concentrazioni particolari ad esempio nell’acqua.
Mi rendo conto di aver solo fornito qualche assaggio di tanti discorsi interessanti che meriterebbero di essere approfonditi, ma da un lato non ho le competenze per offire di più e dall’altro , nonostante si tratti di progressi recenti, c’è una mole abbastanza grande di materiale. Quello che farò personalmente sarà continuare a curiosare e approfondire. E voi?
Un bel poster riassuntivo sui fullereni
La pagina personale di Harold Kroto
La Nobel lecture di Sir Harold Kroto
Un grande portale di nanotecnologie
“There’s a plenty of room at the bottom“ (considerato l’atto di nascita delle nanotecnologie, è un intervento di Richard Feynman)
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