Cluster in chimica: atomici, molecolari, metallocarbonilici, zeoball

I cluster in chimica sono aggregati di atomi o molecole che si uniscono per formare strutture a grappolo con proprietà intermedie tra molecole singole e solidi. A differenza delle molecole con una stechiometria specifica, la composizione dei cluster può variare in base alle condizioni di sintesi e tendono a fondersi e reagire con i gas dell’ambiente circostante.

Origine e tipi di cluster in chimica

Il termine “cluster” fu introdotto da Frank Albert Cotton negli anni ’60 per indicare composti con legami metallo-metallo, che possono presentare legami deboli come forze di van der Waals o legami ionici. I cluster possono essere composti da un singolo tipo di molecole, come ad esempio i cluster d’acqua, o contenere leganti come il nicheltetracarbonile o ferredossine.

Caratteristiche e applicazioni dei cluster

I cluster di metalli di transizione possono contenere diversi tipi di leganti come monossido di carbonio, alogenuri e idruri, arrivando a includere anche centinaia di atomi con una specifica disposizione atomica prevedibile. Queste caratteristiche conferiscono loro proprietà che possono essere sfruttate in reazioni chimiche o proprietà ottiche.

Classificazione dei cluster in chimica

# Atomici

I cluster atomici possono essere puri, composti da una singola specie atomica, o misti e vengono classificati in base al tipo di legame predominante, al numero degli atomi e alle proprietà elettriche e magnetiche. Le proprietà uniche dei cluster atomici, come la ferromagnetizzazione del manganese in contrasto con l’antiferromagnetismo dell’atomo singolo, li rendono utili come catalizzatori.

# Molecolari

I cluster molecolari sono classificati in base alle forze che li tengono insieme, come i legami metallici, covalenti o ionici. Questi cluster possono presentare una vasta gamma di applicazioni in chimica, sfruttando le proprietà specifiche delle molecole che li compongono.

In conclusione, i cluster in chimica rappresentano interessanti oggetti di studio con un’ampia varietà di applicazioni in diversi campi, dalla catalisi industriale alle proprietà magnetiche e ottiche.

Le Varie Tipologie di Legami Chimici

Ci sono diversi tipi di legami chimici presenti tra gli elementi chimici. Tra i principali possiamo citare i seguenti:

Legami di Van der Waals

Il legame di Van der Waals si verifica quando c’è un’attrazione tra dipoli elettrici indotti e una repulsione tra i nuclei degli elettroni delle configurazioni elettroniche chiuse.

Legami Metallici

Nel legame metallico si ha una condivisione di elettroni di valenza che sono a lungo e parzialmente direzionali.

Legami Ionici

I legami ionici sono caratterizzati da un’attrazione elettrostatica tra particelle cariche di segno opposto.

Metallo Carbonili

I metalli carbonili sono composti che contengono due o più metalli, generalmente di transizione, legati al monossido di carbonio. Alcuni esempi di composti carbonilici includono i Chini cluster e i composti metallorganici.

Di Alogenuri Metallici di Transizione

I composti che contengono alogenuri metallici di transizione sono composti principalmente da metalli come Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W e Re. Questi composti possono essere stabili alle alte temperature e hanno potenziale come catalizzatori.

Zeoball

Lo zeoball è una struttura esotica composta da 192 atomi con la formula [Sn36Ge24Se132]24–. Questo polianione rappresenta il più grande cluster discreto conosciuto, con pori sferici e zeolitici.

In conclusione, esistono varie tipologie di legami chimici, ognuno con caratteristiche e proprietà specifiche che li rendono unici all’interno delle reazioni chimiche.