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Le specie ioniche possono essere formate nelle atmosfere planetarie e nello spazio secondo diversi processi, la cui importanza dipende dalle specifiche condizioni dell’ambiente terrestre o extraterrestre considerate. In generale, è l’interazione di molecole neutre con raggi cosmici, fotoni UV, raggi X a dar luogo alla produzione di ioni. Questi, una volta formati, possono dar luogo a varie reazioni chimiche con possibile formazione di molecole di complessità elevata, tramite processi di ricombinazione dissociativa. Quindi, il comportamento chimico delle specie ioniche svolge un ruolo chiave nella chimica sia del mezzo interstellare che in quella delle alte atmosfere planetarie (ionosfere). Si consideri inoltre che specie ioniche molecolari sono state rivelate nelle code delle comete. L’attività di ricerca del nostro gruppo di dinamica chimica molecolare della Sezione di Tecnologie Chimiche del DICA si occupa da anni dello studio, sia teorico che sperimentale, di processi chimici elementari coinvolgenti specie ioniche d’interesse per l’atmosfera della Terra e di altri pianeti del Sistema Solare, oltre che della loro produzione e caratterizzazione. In particolare, la produzione e caratterizzazione di dicationi molecolari (specie ioniche aventi doppia carica positiva) d’interesse tecnologico (si tratta di specie chimiche passibili di essere utilizzate come magazzino di energia a livello molecolare e quindi come propellenti alternativi), atmosferico e astrochimico, viene effettuata in esperimenti condotti utilizzando la radiazione di sincrotrone presso la “GASPHASE Beamline” del Sincrotrone ELETTRA di Basovizza (Trieste). Per quanto concerne i processi chimici elementari coinvolgenti ioni, ci occupiamo in particolare dello studio dei processi di ionizzazione Penning, cioè di quelle reazioni che producono specie ioniche a partire da eventi collisionali coinvolgenti specie metastabili ad alto contenuto energetico (ad esempio gli atomi di gas nobile eccitati aventi elevati tempi di vita: He*, Ne*, Ar*, etc.) e atomi e molecole neutre. Si tratta di reazioni di autoionizzazione collisionale che possono avvenire negli alti strati dell'atmosfera terrestre e di altri pianeti del Sistema Solare, ad opera di radiazioni solari. Si noti che il ruolo di tali processi è stato fino ad oggi completamente trascurato nei modelli teorici finora utilizzati per descrivere la chimica di tali ambienti rarefatti e questo, nonostante la rilevante concentrazione riscontrata di gas nobili come Elio, Argon e Neon. Basti infatti pensare che l’Argon è il terzo componente dell’atmosfera terrestre con il suo 0,934% e il secondo su Marte con il 1,6%, che l’Elio è molto abbondante in atmosfere planetarie come quella di Mercurio, con circa il 6%, e che l’esosfera della Terra è ricca in atomi metastabili di Elio (He* 3S1). Infine, poiché l’Elio è, dopo l’idrogeno, il secondo elemento più abbondante nell’Universo, il ruolo dei processi di ionizzazione Penning indotti dagli atomi di He* andrebbe in generale considerato nei modelli cinetici astrochimici correntemente utilizzati.

Processi chimici

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