Una nuova svolta nel mondo della chimica segna il progresso. L’assegnazione del Premio Nobel ha premiato i chimici Susumu Kitagawa, Richard Robson and Omar Yaghi per il lavoro che ha portato allo sviluppo delle cosiddette strutture metallo-organiche, innovativi materiali in grado di avere varie funzioni, come differenziare le sostanze inquinanti filtrandole o estrarre l’acqua dall’aria.
La storia dei Mof
Tutto cominciò nel 1974 quando Richard Robson insegnante di chimica all’università di Melbourne per una lezione sulle strutture chimiche decise di commissionare aste e palline di legno per simulare legami chimici e atomi, un esempio pratico per i suoi alunni del corso di chimica classica. Era chiaro che per legarsi le palline avevano bisogno di fori per incastrare le aste, ma davanti al prototipo del falegname Robson intuì che i legami chimici possibili dipendevano strettamente dalla posizione dei fori, suggerendo nuove nozioni sulle strutture molecolari; cioè che le proprietà degli atomi non riguardassero solo i singoli, ma si potessero applicare gli stessi principi anche su differenti tipi di molecole.
Negli Anni 80 iniziò a fare degli esperimenti per confermare le sue teorie. La prima volta verificò come si formasse una struttura molecolare tra una piramide con ioni di rame positivi, Cu+ e una molecola con quattro legami possibili che terminasse con dei gruppi nitrili (attratti dagli ioni positivi). Il risultato fu la creazione, da parte degli ioni positivi in reazione ai gruppi nitrili, di ponti in grado di generare un reticolo regolare caratterizzato da grandi cavità interne. Questa scoperta gli permise di realizzare nuovi tipi di molecole con la capacità di contenere qualsiasi sostanza che dalle cavità potesse straripare e reagire agli ioni. Seppur una possibilità di poter creare nuovi materiali con molecole modificate artificialmente, il lavoro di Robson non riscosse successo, le strutture molecolari che formava non erano molto stabili e per questo impossibili da usare per realizzare materiali.
Mof Kitagawa e Yaghi
Fu negli Anni 90 che un altro chimico Susumu Kitagawa portò ad una nuova svolta sfruttando una molecola più stabile di quella di Robson. La 4,4′-bipyridine dalla forma tridimensionale aveva canali interni capaci di trattenere e rilasciare azoto, metano e ossigeno, senza perdere la sua forma originale. Abbinata ad atomi di cobalto e ioni di nichel costruiva un materiale morbido, con un’elevata elasticità. Confermando così la capacità dei Mof (metal-organic frameworks) di formare materiali con qualità diverse in base alle sostanze immesse nelle molecole.
Da lì fu Omar Yaghi a terminare il contributo alla chimica vincitore del Nobel. Nel 1992 il chimico si occupò di ricerca all’università dell’Arizona. Il suo obiettivo era di trovare un nuovo modo di creare materiali con un progetto innovativo: voleva formare molecole sull’idea di un processo ordinato, unendo i costituenti come fossero mattoncini della lego.
Trattando anche ioni di metallo e sostanze organiche, nel 1995 riuscì finalmente a generare due molecole reticolate legate da cobalto e rame caratterizzate da un’estrema resistenza alle alte temperature. Fu Yaghi definire per la prima volta i materiali derivati da queste molecole strutturate “metal–organic framework” anche detti Mof. I lavori al progetto continuarono fino nel 2003 con la realizzazione di 16 varianti di quest’ultima tecnologia, modificando le dimensioni e quantità delle cavità delle molecole reticolate.
Il Premio Nobel alla chimica 2025 di Yaghi, Kitagawa e Robson aiuterà il futuro dopo una storia sviluppatasi negli anni tra studi e ricerche. I Mof offrono un nuovo scalino dell’evoluzione nel mondo della scienza.
Lascia un commento