RICERCA ITALIANA     

ASPETTI MICROSCOPICI DELLA REATTIVITA' CHIMICA

Università degli Studi di Firenze

Abstract

Questo progetto di ricerca propone una serie di studi, sia sperimentali che teorico/computazionali, sui meccanismi e sulla dinamica microscopica delle reazioni e dei processi che possono essere considerati diretti precursori di trasformazioni chimiche. Questa tematica riveste un ruolo centrale nella chimica sia per quanto riguarda gli aspetti di base, in quanto coinvolge le conoscenze fondamentali sulle forze intra- ed intermolecolari e sulla evoluzione della struttura elettronica delle molecole durante le trasformazioni chimiche, sia da un punto di vista pratico, in quanto una dettagliata conoscenza dei meccanismi microscopici costituisce la base per la ottimizzazione dei processi chimici e quindi per il miglioramento delle rese.
La tematica ha una intrinseca ampiezza e complessità dovute al fatto che le reazioni che sono di interesse in natura o in laboratorio ed in ambienti applicativi avvengono nelle più varie condizioni sperimentali di temperatura, pressione, di eccitazione, di fase (gassosa,liquida, soluzione, solida) ed inoltre le superfici di energia lungo le quali evolvono i reagenti in ogni singola reazione possono essere estremamente complesse, particolarmente in fasi condensate. In questo ampio contesto il progetto delimita la sua attenzione adottando un approccio unitario che consiste nel considerare trasformazioni chimiche che avvengono preparando i reagenti in ben precise condizioni in modo da definire la regione della superficie di potenziale esplorata >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Vincenzo Schettino Università degli Studi di FIRENZE

Obiettivo del Programma di Ricerca

Gli obiettivi finali che il progetto si propone di raggiungere sono di tipo metodologico, di approfondimento di tematiche specifiche di dinamica molecolare e di tipo formativo.
ASPETTI METODOLOGICI. Le UO operative che partecipano a questo progetto dispongono, anche come risultato della partecipazione a precedenti progetti nazionali, di un complesso di attrezzature che possono essere considerate di avanguardia a livello internazionale. Con questo progetto ci si propongono significative implementazioni della strumentazione e delle metodologie di studio della dinamica molecolare. Si riassumono le principali implementazioni, rimandando per i dettagli alle domande delle singole unita’. (a) Estensione degli studi di dinamica di reazione a una varietà di reazioni poliatomiche multicanale radicale-molecola e radicale-radicale. (b) Sviluppo di un sorgente di atomi di S. (c) Messa a punto di uno strumento per la caratterizzazione di fasci di radicali via REMPI. (d) Affinamento delle tecniche computazionali per applicazioni a molecole flessibili e modi torsionali. (e) Implementazione del codice QCT (Quasi Classical Trajectory Method) per lo studio della dinamica di collisione di due diatomi, con applicazione ai processi di dissociazione e scambio di energia per H ₂ e isotopi. (f) Validazione di un approccio fenomenologico nella descrizione delle interazioni tra specie eccitate, per la determinazione di sezioni d’urto di trasporto rilevanti nella simulazione del >>>

Risultati parziali attesi

Questo progetto nazionale si presenta come un progetto sostanzialmente di ricerca fondamentale. Tuttavia i risultati attesi hanno non solo una rilevanza scientifica di base ma sono importanti anche per il loro impatto potenziale in molti contesti applicativi.
RISULTATI ATTESI E LORO RILEVANZA SCIENTIFICA. Le ricerche che definiscono questo progetto si possono considerare di avanguardia sia per quello che riguarda le metodologie adottate, che sono alla frontiera della ricerca scientifica attuale nel settore, sia per quello che concerne i temi specificamente affrontati che sono di un ampio interesse nel campo generale della dinamica molecolare.
Da esperimenti a diverse energie di collisione con la tecnica dei fasci molecolari incrociati e rivelazione a spettrometria di massa, si otterrà una caratterizzazione dettagliata (prodotti primari, branching ratios, ripartizione dell'energia, informazioni sulle superfici di energia potenziale delle reazioni) della dinamica di reazioni atomo-molecola [O(3P)+allene e metilacetilene, C(3P)+benzene, N(2D)+CH4 e H2O] e di reazioni radicale-radicale [O(3P)+CH3, C2H5, C3H5, N + OH] e radicale-molecola [CN+C2H2 e C2H4, OH + C2H4]. L’estensione degli studi a reazioni poliatomiche complesse ed in particolare a quelle fra due radicali liberi, e la implementazione, a questo fine, della tecnica di rivelazione REMPI nel nuovo apparato a fascio molecolare e fascio laser per la caratterizzazione di fasci supersonici di O(3P), C(3P) e >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

La comprensione degli aspetti microscopici della reattivita’ chimica costituisce un problema centrale della chimica, sia da un punto di vista fondamentale per la conoscenza delle forze di interazione tra le molecole e delle complesse superfici di energia libera che regolano i percorsi di reazione che da un punto di vista applicativo come chiave per poter intervenire con successo nel miglioramento della resa di processi chimici. Per affrontare questa problematica in maniera organica è necessario agire a vari livelli che vanno dallo studio della dinamica di reazioni e di processi elementari in fase gassosa allo studio di processi reattivi in soluzione o in fasi liquida e solida, inclusa la dinamica di specie su superfici catalitiche. Una varietà di nuove tecniche sperimentali e di metodi computazionali permettono di affrontare i vari aspetti della dinamica di specie chimiche, anche in maniera innovativa, ponendo i reagenti in stati controllati in modo da analizzare in modo selettivo specifici percorsi di reazione, condizione in molti casi essenziale per indagare i dettagli microscopici dei meccanismi di reazione.
Per lo studio della dinamica di reazioni e processi elementari in fase gassosa lo sviluppo di sofisticati metodi sperimentali a fasci molecolari e laser e di accurate metodologie teorico/computazionali ha permesso grandi progressi nella comprensione di reazioni semplici ed attualmente l’interesse si è spostato verso lo studio di reazioni più complesse, di >>>