Come si formano nell'universo le molecole a forma di pallone da calcio

27 marzo 2023 (Notizie Nanowerk) Per molto tempo si è sospettato che il fullerene ei suoi derivati ​​potessero formarsi naturalmente nell'universo. Si tratta di grandi molecole di carbonio a forma di pallone da calcio, insalatiera o nanotubo. Un team internazionale di ricercatori che utilizza la sorgente di luce di sincrotrone svizzera SLS al PSI ha mostrato come funziona questa reazione. I risultati sono stati appena pubblicati sulla rivista Nature Communications (“Sintesi in fase gassosa del C40 Ciotola Nano C40H10"). (Grafica: Shane Goettl/Ralf I. Kaiser) “Siamo polvere di stelle, siamo d'oro. Siamo carbonio di miliardi di anni”. Nella canzone che hanno suonato a Woodstock, il gruppo statunitense Crosby, Stills, Nash & Young ha riassunto ciò di cui sono essenzialmente fatti gli esseri umani: polvere di stelle. Chiunque abbia un minimo di conoscenza dell'astronomia può confermare le parole della band cult americana: sia i pianeti che noi umani siamo in realtà costituiti da polvere di supernove bruciate e composti di carbonio vecchi di miliardi di anni. L'universo è un gigantesco reattore e comprendere queste reazioni significa comprendere le origini e lo sviluppo dell'universo e da dove provengono gli esseri umani. In passato, la formazione dei fullereni e dei loro derivati ​​nell'universo è stata un enigma. Queste molecole di carbonio, a forma di pallone da calcio, boccia o tubicino, sono state create per la prima volta in laboratorio negli anni '1980. Nel 2010 il telescopio spaziale a infrarossi Spitzer ha scoperto il C60 molecole dalla caratteristica forma di un pallone da calcio, note come buckyballs, nella nebulosa planetaria Tc 1. Sono quindi le molecole più grandi finora scoperte che si conoscano nell'universo oltre il nostro sistema solare. Ma come si formano effettivamente lì? Un team di ricercatori di Honolulu (USA), Miami (USA) e Tianjin (Cina) ha ora completato un'importante fase di reazione nella formazione delle molecole, con il supporto attivo del PSI e della linea di luce ultravioletta del vuoto (VUV) della luce di sincrotrone fonte Swiss SLS. "Il PSI offre strutture sperimentali uniche ed è per questo che abbiamo deciso di collaborare con Patrick Hemberger al PSI", afferma Ralf Kaiser dell'Università delle Hawaii a Honolulu, il principale ricercatore internazionale in questo campo.

Un mini reattore per fullerene

Patrick Hemberger, uno scienziato che lavora alla linea di luce VUV al PSI, ha costruito un mini reattore per osservare la formazione di fullerene in tempo reale. Un radicale corannulene (C20H9) viene creato in un reattore a una temperatura di 1,000 gradi Celsius. Questa molecola sembra un'insalatiera, come se fosse stata sezionata da un C60 buckyball. Questo radicale è altamente reattivo. Reagisce con vinilacetilene (C4H4), che deposita uno strato di carbonio sul bordo della ciotola. “Ripetendo questo processo molte volte, la molecola crescerebbe fino a diventare il tappo terminale di un nanotubo. Siamo riusciti a dimostrare questo fenomeno nelle simulazioni al computer», spiega Alexander Mebel, professore di chimica alla Florida International University e uno degli autori dello studio. Ma questo non era l'unico obiettivo dei ricercatori: "Volevamo dimostrare che questo tipo di reazione è fisicamente possibile", aggiunge Ralf Kaiser. La reazione produce diversi isomeri, molecole che hanno tutte la stessa massa, ma strutture leggermente diverse. Con la spettrometria di massa standard, tutte queste varianti producono lo stesso segnale. Ma il risultato è diverso quando si utilizza la spettroscopia di coincidenza di fotoioni fotoelettroni, il metodo adottato dal team. «Con questa tecnica, la struttura della curva di misurazione consente di trarre conclusioni su ogni singolo isomero», spiega Patrick Hemberger.

Risolvere il puzzle delle classiche molecole a forma di pallone da calcio

"L'universo contiene una giungla selvaggia di molecole e reazioni chimiche, non tutte possono essere chiaramente classificate nei segnali dei telescopi", afferma Ralf Kaiser. Sappiamo già dai modelli che nell'universo esistono sia il corannulene che il vinilacetilene. Ora è stato possibile confermare che queste molecole formano effettivamente i mattoni del fullerene. "Ecco perché l'esperimento al PSI è così prezioso per noi." Ma la pubblicazione di successo in Nature Communications non è la fine della storia. I ricercatori vogliono condurre più esperimenti per capire come si formano nell'universo i classici buckyball, insieme alle molecole di fullerene a forma di pallone da calcio con 60 atomi di carbonio e ai minuscoli nanotubi con ancora più atomi.

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• Fonte: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62682.php