Una manciata di atomi di gas depositati su una griglia di molecole che interagisce con un atomo di xenon: ecco l’esperimento per osservare da vicino le forze deboli di Van der Waals. Crediti: Università di Basilea.
Prendi un atomo di argon, uno di kripton e uno di xenon. Incastrali in una griglia di molecole. Una spolverata di gas nobili ed è fatta. La ricetta per passeggiare sul soffitto della vostra stanza come un geco è tutta qui!
Il trucco c’è e si vede: dietro questo fenomeno ci sono le forze di Van der Waals, responsabili di un fenomeno che persiste anche a temperature, pressioni e radiazioni estreme. E quindi ottimo per lo spazio, come abbiamo già avuto modo di raccontare qui su MediaINAF. Dov’è dunque la novità?
È la prima volta che i fisici riescono a misurare le debolissime forze di Van der Waals responsabili di parte delle interazioni tra singoli atomi all’interno di una griglia di molecole creata in laboratorio. Come ci sono riusciti? È presto detto (si fa per dire): i ricercatori del Swiss Nanoscience Institute e dell’Università di Basilea hanno imbrigliato una manciata di atomi di gas nobili con una griglia molecolare e monitorato l’interazione di un atomo di xenon con la struttura. Si tratta in sostanza di tenere in equilibrio un mattoncino di materia sulla punta di un microscopio atomico e misurare come le forze di interazioni fra un puntolino e un altro cambino a seconda della distanza che li separa. Sorpresa: le forze non si comportano sempre come da copione, e talvolta risultano diverse volte superiori a quanto teoricamente calcolato.
La notizia c’è e finisce dritta dritta su Nature Communications. Le forze di Van der Waals agiscono tra atomi non polarizzati e molecole, dunque. Anche se sono estremamente deboli rispetto ai legami chimici, esse sono tuttavia estremamente significative dal punto di vista scientifico: svolgono un ruolo importante in tutti i processi di coesione, adesione, attrito o condensazione e sono, tanto per dirne una, fondamentali per i gechi.
Questi simpatici animaletti, capaci di muoversi agilmente sul soffitto di una stanza a testa in giù, sfruttano un effetto delle forze di Van der Waals, che si sviluppano da una redistribuzione temporanea di elettroni fra atomi e molecole. Come nell’esperimento dei fisici del Swiss Nanoscience Institute e dell’Università di Basilea, la formazione occasionale di dipoli induce una ridistribuzione di elettroni nelle molecole vicine. Le due molecole sperimentano così un’attrazione reciproca, conosciuta come interazione Van der Waals. Si tratta di un effetto temporaneo, ma capace di rigenerarsi continuamente. Siamo di fronte a una forza debolissima se confrontata con i legami chimici che conosciamo, ma capaci di generare comunque effetti su scala macroscopica, come nel caso delle zampe di un geco.