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La modellistica molecolare ha un ruolo fondamentale nell'analisi e nella comprensione dei grandi fenomeni naturali, in particolare nel campo dello studio dell'ambiente e dell'atmosfera. Il calcolo ad alte prestazioni, infatti, rende oggi possibile lo studio teorico di specie di complessità crescente ad un livello di accuratezza in passato irraggiungibile. In questo ambito si inserisce il nostro studio sulla struttura, stabilità e reattività di specie rilevanti per lo studio dell'atmosfera. Le specie gassose di interesse sono studiate a livello teorico mediante accurati metodi quantomeccanici ab initio che permettono di includere in maniera sistematica effetti di correlazione. Tra le tecniche da noi utilizzate ricordiamo metodi di tipo CASSCF/MRCI, coupled cluster con inclusione delle triple eccitazioni, metodi basati sul funzionale della densità elettronica, in particolare metodi che utilizzano funzionali ibridi. Inoltre vengono effettuati calcoli termochimici per ottenere valori confrontabili con i dati sperimentali disponibili; in particolare possono essere effettuati calcoli W1 che sono in grado di fornire un ottimo accordo con l'esperimento.

Alcuni degli obiettivi specifici della ricerca possono essere individuati nello studio della chimica di atomi eccitati di carbonio e azoto che interagiscono con piccoli idrocarburi quali metano, etano ed etilene; nello studio di nuovi radicali e nella determinazione di affinità protoniche, nello studio della chimica ionica in generale.Fine modulo

Tra le indagini teoriche più recenti condotte dal nostro gruppo di ricerca possiamo citare a titolo di esempio lo studio del ruolo svolto dalle reazioni chimiche coinvolgenti atomi di azoto in stati eccitati e che sono di estremo interesse in molti ambienti naturali quali l’alta atmosfera terrestre e quella di altri pianeti del Sistema Solare, con particolare attenzione a Titano, la luna più grande del pianeta Saturno. L’importanza di Titano è rilevante per la comunità scientifica internazionale dato che esso è l’unico oggetto del nostro Sistema Solare ad avere una densa atmosfera principalmente composta da azoto molecolare come la Terra. Considerando poi che su Titano la seconda specie molecolare per abbondanza è il metano, è intuitivo che la formazione di nitrili in tali ambienti (osservati in traccia dalla missione Cassini-Huygens) deve essere indotta da reazioni coinvolgenti una forma attiva dell’azoto, quali atomi N o ioni N+, che possono essere prodotti nell’alta atmosfera dalla dissociazione dell’abbondante azoto molecolare N2. Considerando le possibili specie molecolari contenenti azoto che si possono formare in questi ambienti, la metanimmina (CH2NH) svolge un ruolo di particolare rillievo. Essa infatti è una importante molecola nella chimica prebiotica, dato che è considerata un possibile precursore per la formazione della glicina (il più semplice amminoacido) tramite la sua reazione con HCN (e poi H2O), o con acido formico (HCOOH). Seguendo questa ipotesi, la glicina potrebbe formarsi in modo abiotico, partendo da semplici molecole relativamente abbondanti negli ambienti extraterrestri, come il mezzo interstellare e, probabilmente il pianeta Terra nel sua primordiale configurazione. A corroborare questa ipotesi è recentemente intervenuta la scoperta della metanimmina nell’alta atmosfera di Titano. Tale specie chimica potrebbe essere prodotta a seguito delle reazioni indotte da atomi eccitati di N(2D) sia con metano che con etano, o da altri semplici processi reattivi come ad esempio le reazioni tra NH e CH3 o processi coinvolgenti specie ioniche. Recenti modelli teorici predicono una maggiore quantità di metanimmina rispetto a quella dedotta dall’analisi degli spettri di ioni registrata dal “Cassini Ion Neutral Mass Spectrometer”. Evidenze crescenti dimostrano che la chimica dell’azoto contribuisce alla formazione degli aerosol nell’alta atmosfera di Titano. A questo proposito, poiché le immine sono ben note per la loro capacità di polimerizzare, il CH2NH è un ottimo candidato per spiegare la presenza su Titano di aerosol ricchi di azoto, attraverso processi di polimerizzazione e copolimerizzazione con altri nitrili insaturi o idrocarburi insaturi. Poichè il primo stadio della polimerizzazione consiste nella dimerizzazione, la nostra ricerca riguarda la caratterizzazione teorica del processo di dimerizzazione della metanimmina. Il nostro lavoro è basato su calcoli di struttura elettronica delle superfici di energia potenziale per le reazioni dell’azoto atomico elettronicamente eccitato, N (2D), con metano ed etano, dato che esse sono possibili vie di formazione di tale molecola nell’alta atmosfera di Titano. Inoltre, i nostri calcoli permettono di chiarire l’effetto della protonazione sul processo di dimerizzazione della metanimmina.

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