Produzione di una configurazione bidimensionale del silicio

Nella sua forma naturale, il silicio solido cristallino si lega con altri quattro elementi, creando una struttura tridimensionale chiamata tetraedro. I composti tetraedici di silicio sono considerati gli elementi costitutivi della crosta terrestre. La crosta è formata da diversi tipi di rocce come il granito, il basalto, lo scisto e l’arenaria, la maggior parte dei quali consiste principalmente in minerali che sono composti di silicio, il secondo elemento più abbondante nella crosta dopo l’ossigeno.

Nel passato, sintetizzare e caratterizzare un equivalente bidimensionale di un tetraedro di silicio sembrava irrealizzabile. Oggi, gli scienziati supportati dal progetto pCx4All, finanziato dall’UE, sono riusciti a creare un simile complesso cristallino. Questo risultato aprirà la strada a nuovi usi del silicio nella catalisi e nella ricerca di materiali nel campo della chimica molecolare.Il silicio è un metalloide, nonché uno dei sei elementi chimici che compongono il gruppo 14, ovvero quello del carbonio nella tavola periodica. Come il carbonio, il silicio si lega a quattro elementi per formare un tetraedro, un solido con quattro facce triangolari. In termini geometrici, l’equivalente bidimensionale di un tetraedro sarebbe un quadrato. Tuttavia, il tetraedro è talmente stabile che non esistono altre strutture note nel silicio naturale con quattro legami, ovvero il silicio(IV). Secondo un comunicato stampa pubblicato su «ScienceDaily», il dott. Lutz Greb dell’Università di Heidelberg in Germania, che ha ospitato il progetto pCx4All, ha notato che neanche 40 anni di intensa ricerca sono bastati agli scienziati per produrre una struttura planare quadrata nel campo della chimica del silicio(IV).

Per la prima volta, il team del dott. Greb è riuscito a sintetizzare e caratterizzare completamente una specie di silicio(IV) planare quadrato. Le sue scoperte sono state pubblicate sulla rivista «Chem».

Il team ha fatto crescere un monocristallo di silicio (un solido monocristallo il cui reticolo cristallino è continuo e ininterrotto) e poi lo ha irradiato utilizzando un fascio focalizzato di raggi X. Incontrando gli atomi del monocristallo, i raggi X sono stati diffratti, dando luogo a un modello inconfondibile da cui i ricercatori hanno potuto determinare la posizione dei nuclei atomici. Ciò ha permesso di dimostrare l’esistenza di molecole con silicio(IV) planare quadrato. Ulteriori analisi hanno rivelato insospettabili proprietà fisiche e chimiche della struttura, come il colore in una sostanza naturalmente incolore.

«Sintetizzare questa configurazione dai componenti che abbiamo scelto è relativamente semplice una volta comprese le condizioni principali», ha osservato nel comunicato stampa il primo autore dello studio, il dottor Fabian Ebner, anche lui dell’Università di Heidelberg. Tuttavia, il fatto che la molecola di silicio(IV) planare quadrato sia un composto stabile e isolabile è stata una scoperta sorprendente. «A causa dell’alta reattività, ci sono molti modi concepibili di decomposizione; tuttavia, abbiamo sempre creduto che sia possibile isolare questo composto», ha concluso il dottor Greb. Il progetto pCx4All (Calix[4]pyrrole for p-block elements: anti-van’t Hoff-Le Bel configuration and ligand-element cooperativity revive the standard oxidation states.) si concluderà nell’ottobre 2025.

Per maggiori informazioni, consultare:

progetto pCx4All