Sapere Scienza

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Una nuova fase solida dell’ammoniaca

13 Dicembre 2022 di 
Come i campi elettrici possono guidare una transizione di fase

 

L’electrofreezing o elettrocongelamento (cioè la cristallizzazione di una sostanza indotta da campi elettrici) è un fenomeno noto per essere rilevante in molti processi naturali, che spaziano dalla dinamica troposferica alla chimica degli alimenti. Sebbene l’electrofreezing sia stato teorizzato e preliminarmente indagato già più di un secolo fa, fino ad ora non c’erano prove a sostegno della sua realizzazione.
L’ammoniaca (NH3) è una delle sostanze più abbondanti nell’Universo ed è ormai risaputa la presenza di forti campi elettrici in una pletora di contesti naturali. Oggi, in molti laboratori è possibile produrre campi elettrici molto intensi che consentono di indagare diversi fenomeni in queste condizioni tramite varie tecniche chimico-fisiche. Tuttavia, gli effetti prodotti dai campi elettrici sull’ammoniaca liquida non erano mai stati studiati in precedenza.

 

 

Uno studio sulla transizione dell’ammoniaca


Un gruppo di ricerca dell’Istituto per i Processi Chimico-Fisici di Messina del CNR, in collaborazione con l’Accademia delle Scienze della Repubblica Ceca, usando metodi avanzati di simulazione al supercalcolatore che permettono di indagare la materia a livello atomico, ha dimostrato per la prima volta che intensi campi elettrici sono capaci di indurre una transizione strutturale dal liquido verso una nuova fase solida ferroelettrica dell’ammoniaca.

 

 


Questa scoperta, pubblicata su The Journal of Physical Chemistry Letters, rivista di punta dell’American Chemical Society, ha rilevanza nel campo delle scienze planetarie: infatti, rivela la possibilità che strutture solide dell’ammoniaca non note possano essere presenti in condizioni planetarie, dove campi intensi sono onnipresenti in prossimità di minerali che costituiscono l’interno dei pianeti giganti ghiacciati e dei pianeti rocciosi.
Inoltre, l’ammonica è una molecola a cui la natura ha conferito attributi che sembrano renderla un prodotto perfetto per un’economia basata sull’idrogeno, vettore energetico fondamentale per un futuro ecosostenibile. Di conseguenza, la possibilità di realizzare fasi solide ferroelettriche di questa sostanza tramite l’applicazione di campi elettrici statici apre la strada allo sviluppo di strategie di stoccaggio e di trasporto sicure per la produzione di idrogeno.
Da un punto di vista fondamentale, questo studio dimostra che, esattamente come regimi estremi di temperatura e pressione, anche campi elettrici intensi possono essere utilizzati come strumento chiave per accedere a regioni precedentemente inesplorate nei diagrammi di fase della materia.

 

 

Immagine, fonte: J. Phys. Chem. Lett. 2022, 13, 42, 9889-9894

Franz Saija e Giuseppe Cassone

Franz Saija dopo la laurea in Fisica presso l'Università di Messina ha conseguito il titolo di PhD nel 1995. Nel 1999 è stato Post-doc presso l'Université Libre di Bruxelles. Dal 2000 è ricercatore dell'Istituto per i Processi Chimico-Fisici del CNR. È coautore di oltre 120 articoli scientifici e di 5 capitoli di libri.

Giuseppe Cassone si è lauerato nel 2012 presso l'Università di Messina Ha conseguito il titolo di Dottore di Ricerca nel 2016 in Fisica e Chimica dei Materiali presso l'Université Pierre et Marie Curie – Sorbonne. Ha svolto un periodo di Post-doc presso l'Istituto di Biofisica dell'Accademia delle Scienze delle Repubblica Ceca. Attualmente è ricercatore presso l'Istituto per i Processi Chimici e Fisici del CNR. È coautore di oltre 45 articoli scientifici e 2 capitoli di libri.

copertina   novembre-dicembre 2022

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