Marcello Budroni

Reazioni del tipo A+B→C: da processi semplici a dinamiche spazio-temporali molto complesse

Venerdì, 9 Agosto 2019

Reazioni del tipo A+B→C, considerate tra i processi più semplici insegnati nei corsi di base di Chimica, possono condurre a dinamiche spazio-temporali molto complesse. E’ questo il risultato sorprendente di uno studio condotto all’interno del gruppo di Chimica Nonlineare del Dipartimento di Chimica e Farmacia dell’Università di Sassari da Marcello Budroni in collaborazione con il Laboratoire de Chimie physique non-linéaire dell’Università libre de Bruxelles.
Il lavoro dal titolo Making a Simple A+B→C Reaction Oscillate by Coupling to Hydrodynamic Effect e pubblicato recentemente sulla pretigiosa rivista internazionale Physical Review Letters, ha ricevuto gli onori della copertina.

I ricercatori hanno sviluppato un modello teorico che dimostra come schemi di reazione così semplici e generali come processi del tipo A+B→C possano indurre oscillazioni e onde chimiche che si pensava fossero circoscritte a reazioni con meccanismi altamente complessi.

Il “trucco” risiede nella potenzialità di ogni reazione chimica di cambiare in-situ le proprietà fisiche del mezzo di reazione, come la densità e la tensione superficiale, e attivare moti convettivi. In un’ampia gamma di condizioni, questi flussi idrodinamici possono avere carattere periodico e combinarsi con la reazione chimica dando vita a onde di concentrazione delle specie chimiche coinvolte.
I ricercatori stanno ora lavorando per isolare e riprodurre questo fenomeno in sistemi sperimentali.

La prospettiva e le applicazioni
I risultati di questa ricerca possono avere impatto in campo applicativo. Oscillatori chimici inorganici sono infatti ampiamente utilizzati per comprendere la complessità degli oscillatori biologici e le relative funzionalità, come per esempio l’attività neuronale.

Nella scienza dei materiali, gli oscillatori chimici possono alimentare dispositivi chemo-meccanici, ovvero materiali smart capaci di rispondere con variazioni peridiche di volume e struttura all’ambiente chimico circostante, proprietà che può essere sfruttata in ambito medico per il rilascio controllato di medicinali. Semplificando le condizioni chimiche necessarie per ingegnerizzare fenomeni oscillanti, il modello proposto può rivoluzionare gli approcci verso questi processi.

Le implicazioni più profonde sembrano essere però nella ricerca di base.
Un esempio? Una delle sfide fondamentali per comprendere l’origine della vita è giustificare l’emergenza di strutture e dinamiche auto-organizzate a partire dalla chimica elementare che caratterizzava l’ambiente prebotico. Questo studio e la semplicità dei meccanismi illustrati suggeriscono nuove risposte e scenari possibili in questa direzione.

Il lavoro è stato condotto da Marcello Budroni e da Virat Upadhyay e Laurence Rongy della Faculté des Sciences, Université libre de Bruxelles.

 

BIO di Marcello Budroni

Marcello A. Budroni si è laureato in Chimica presso l’Università di Sassari nel 2008.
Ha conseguito il titolo di Dottore di Ricerca presso la Scuola di Dottorato in Scienze Chimiche dell’Università di Siena nel 2011. Nel 2012 ha lavorato come postdoc presso il gruppo di Chimica Nonlineare dell’Université libre de Bruxelles, dove è attualmente contrattualizzato dopo due esperienze come assegnista di ricerca (2013-2015 e 2017-2018) presso il Dipartimento di Chimica e Farmacia dell’Università di Sassari.
E’ autore di 37 lavori su riviste internazionali, articoli divulgativi ed oltre 40 contributi (tra presentazioni orali e posters) a conferenze nazionali ed internazionali. Marcello Budroni si occupa di ricerca teorica e sperimentale sui processi di auto-organizzazione e fenomeni complessi guidati da cinetiche nonlineari e fenomeni di trasporto. In quest’ambito, ha organizzato e presieduto diverse conferenze internazionali e fa parte di un network europeo finanziato dall’ESA impegnato nello studio di processi chimici in microgravità.