Quante molecole di ossigeno ci sono in un centimetro cubo della nostra atmosfera? Usando la legge dei gas perfetti, che lega in un’equazione pressione, volume, temperatura e quantità di una sostanza, arriviamo a circa 10^19, un numero enorme, che implica 2 miliardi di urti al secondo tra le molecole! Urti incessanti che determinano un’estrema instabilità delle molecole particolarmente reattive: in pochi miliardesimi di secondo qualche riarrangiamento atomico trasformerà la specie instabile in una più stabile. Ma esiste un luogo privo di atomi e molecole? In effetti gli spazi tra le stelle, che ammiriamo in un cielo notturno, sembrano completamente vuoti, a differenza della nostra atmosfera. Ma l'impressione è falsa. Gli studi fatti tramite i radio telescopi ci dicono che gli spazi interstellari sono ricchi di molecole! Anche se mai quanto la nostra atmosfera: sono appena 10 mila atomi per centimetro cubo. Ciò significa una collisione ogni 10 anni!
La specie più abbondante dell’universo è l’idrogeno (H2) la più semplice delle molecole biatomiche. Eppure è difficile spiegare la sua formazione: due atomi di idrogeno (H) se si scontrano formano H2, ma subito la molecola si rompe, perché per via delle basse densità, non trova un altro atomo a cui scaricare l'eccesso di energia ottenuta formando il legame H-H. È un enigma che ha tenuto impegnati gli astrochimici a lungo, finché si è trovata la soluzione: mentre le stelle bruciano il loro combustibile nucleare atomi di carbonio, ossigeno, magnesio, silicio e ferro evaporano dalla loro atmosfera esterna verso lo spazio interstellare che è estremamente freddo. Incontrandosi questi atomi reagiscono e formano "grani" di carbonio o di olivina, un comune silicato di ferro e magnesio. Si forma così una "polvere di stelle" che pervade gli spazi interstellari e la gravità ne aggrega vere e proprie nubi che, schermando la luce delle stelle, agiscono da trappole freddissime (di 10 K, cioè circa -263 °C) per gli atomi, che, incontrando un grano, tendono a rallentare la loro corsa interstellare e, venirne attratti. Una volta atterrati, con il tempo si spostano fino a incontrarsi e allora ecco che si forma H2! Ma stavolta l'energia che prima lo faceva rompere si trasferisce da una parte al grano scaldandolo un poco e dall’altra all'H2 spingendola via mandandola a popolare gli spazi interstellari. In altre parole i grani agiscono da catalizzatori di reazione e disperdono l'energia liberata ogni volta che si forma una molecola. I dettagli atomistici di questo processo su un grano di olivina sono stati studiati congiuntamente dai gruppi di Chimica Teorica del Dipartimento di Chimica dell'Università di Torino e dell'Università Autonoma di Barcellona con i metodi della chimica quantistica, e pubblicati sulla rivista “Chemical Communication”. Questo studio chiarisce i dettagli più intimi dell'incontro degli atomi e la formazione di H2 fornendo dati molto accurati sulle energie coinvolte.
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