dinamica molecolare
Metodo di indagine che ha per obiettivo la caratterizzazione di processi microscopici, corrispondenti alle proprietà macroscopicamente osservabili che riguardano le trasformazioni delle sostanze; ovvero di chiarire in che modo tali proprietà dipendano dalla distribuzione, nei reagenti e nei prodotti delle reazioni relative, di alcune grandezze fisiche come la velocità, il momento della quantità di moto e l’energia associata ai gradi di libertà interni (rotazionali, vibrazionali, elettronici). Negli ultimi anni i progressi in questo settore hanno consentito di elaborare teorie e tecniche di calcolo, che permettono di correlare i fenomeni osservabili con le forze di interazione intermolecolari, verificando ed estendendo i modelli della cinetica chimica (➔ cinetica). Lo studio della velocità delle reazioni chimiche sulla scala molecolare risulta di grande importanza non solo dal punto di vista fondamentale ma anche da quello applicativo poiché apre interessanti prospettive nella preparazione di nuovi composti e materiali, e nella comprensione dell’evoluzione di sistemi complessi che riguardano per es. la combustione, l’atmosfera e i processi enzimatici.
Dal punto di vista sperimentale la dinamica fruisce di importanti tecniche che concernono le collisioni molecolari e la spettroscopia. Le prime consentono di ottenere valori delle sezioni d’urto differenziali, ovvero riferite a uno specifico angolo di diffusione, e integrali, che forniscono la probabilità che una collisione fra particelle si risolva in un evento reattivo. L’apparecchiatura impiegata è illustrata nella fig. 1 ed è volta essenzialmente a far avvenire collisioni fra molecole che si trovino in stati energetici definiti, registrando la natura dei prodotti e le loro caratteristiche energetiche. Le tecniche spettroscopiche forniscono la possibilità di seguire nel tempo l’evoluzione dei reagenti verso i prodotti determinando nel contempo lo stato energetico interno delle specie coinvolte. Di particolare interesse in questo contesto risulta l’impiego della tecnica LIF (laser induced fluorescence; fig. 2A). I risultati ottenuti sperimentalmente (fig. 2B) si integrano con quelli perseguiti mediante il calcolo, che a loro volta fruiscono del vertiginoso sviluppo realizzato nel campo dei calcolatori elettronici. Essi riguardano in particolare la valutazione della velocità delle reazioni chimiche condotto sulla base delle superfici di energia potenziale PES (potential energy surface) in funzione delle coordinate nucleari. Il passaggio dai reagenti ai prodotti viene descritto studiando il moto classico dei nuclei introducendo gli effetti quantistici che tengono conto del comportamento ondulatorio nel regime di lunghezze d’onda piccole rispetto alle dimensioni molecolari. Queste metodologie della dinamica sono state estese anche a sistemi che coinvolgono fasi condensate, affrontando problemi che riguardano aggregati molecolari, superfici, catalisi eterogenea e così via.