Velocizzare le reazioni chimiche? A quanto pare si può.
Un team di ricercatori della Penn State ha appena riscritto una delle regole fondamentali della chimica, aprendo la strada a nuove possibilità nel campo dei catalizzatori industriali e della lotta all’inquinamento ambientale e la scoperta riguarda un meccanismo chiamato addizione ossidativa, una reazione chiave nel mondo della chimica organometallica e dei metalli di transizione.
Lo studio, pubblicato il 23 giugno 2025 sul Journal of the American Chemical Society, dimostra che l’addizione ossidativa può avvenire in un modo completamente inaspettato: invece che essere il metallo a cedere elettroni alla molecola organica, è quest’ultima a donarli al metallo. Questo ribalta il modello tradizionale che si insegna da decenni nei corsi di chimica avanzata.
Cos’è l’addizione ossidativa (e perché è importante)?
In chimica, soprattutto quella che si occupa di catalisi e materiali, i metalli di transizione (come il platino e il palladio) sono noti per la loro capacità di attivare reazioni complesse e l’addizione ossidativa è uno dei passaggi più utilizzati per rompere legami chimici stabili, come quelli tra atomi di idrogeno o carbonio, permettendo così la sintesi di nuovi composti o la degradazione di quelli esistenti.
Finora si pensava che questo processo avvenisse sempre grazie a metalli “ricchi di elettroni”, capaci cioè di donare carica negativa alla molecola bersaglio, ma il nuovo studio mostra che anche metalli “poveri di elettroni” possono attivare la reazione, purché ricevano elettroni dall’organico.
L’esperimento con reazioni chimiche
I ricercatori hanno utilizzato complessi a base di platino e palladio, esponendoli a gas idrogeno, e hanno monitorato il comportamento della reazione usando risonanza magnetica nucleare (NMR). Questo ha permesso di osservare una fase intermedia finora mai vista: l’idrogeno cede i suoi elettroni al metallo prima che si formino i prodotti finali della reazione. In altre parole, una reazione di eterolisi (dove si separano cariche) ha portato a un risultato che, dal punto di vista pratico, è indistinguibile da una classica addizione ossidativa.
Perché questa scoperta conta?
“Abbiamo aggiunto una nuova mossa al manuale della chimica dei metalli di transizione”, spiega Jonathan Kuo, docente di chimica alla Penn State e leader del team.
Questa scoperta ha implicazioni enormi per la chimica industriale: permette di progettare nuovi catalizzatori meno costosi e più efficienti, capaci di lavorare in condizioni più “povere” di elettroni. Ma apre anche nuovi scenari per la chimica ambientale, ad esempio nella degradazione selettiva di inquinanti resistenti, grazie a reazioni finora impensabili.
Un piccolo passo per gli elettroni, un grande salto per la chimica
La vera rivoluzione qui non è solo accademica. È come se gli scienziati avessero scoperto che in un circuito elettronico la corrente può fluire “al contrario e funzionare comunque!
Una nuova logica di progettazione che può cambiare il modo in cui pensiamo ai materiali, ai processi chimici e forse anche all’energia.
Lo studio è stato condotto da Jonathan Kuo insieme alla dottoranda Nisha Rao e finanziato dal Penn State Eberly College of Science.
Curiosità
I metalli di transizione hanno orbitali “d”, cioè livelli energetici che permettono una maggiore flessibilità nel legare e reagire con altre molecole e sSono la “scheda grafica” della tavola periodica: meno limitati, più versatili, più potenti.
Reazioni come l’addizione ossidativa sono alla base della chimica dei farmaci, dei materiali plastici e persino delle celle a combustibile. Cambiare la loro logica può cambiare interi settori produttivi.
