Chimica inorganica II

PROPRIETÀ MAGNETICHE DI NANOSTRUTTURE

La inversione del momento magnetico delle particelle è comparabile con l'energia termica del reticolo. Applicando un campo magnetico a questo sistema, gli oggetti si orienteranno seguendo il campo applicato, ma una volta rimosso il campo esse torneranno ad essere un insieme "magneticamente disordinato", con un comportamento analogo a quello di un para-magnete. È possibile che, scendendo a basse temperature, le particelle super-paramagnetiche rimangano "congelate magneticamente". Se si applicasse un campo magnetico al sistema, a queste temperature, si osserverebbe un comportamento ferromagnetico. La temperatura per la quale ciò si verifica prende il nome di temperatura di bloccaggio e varia con l'intensità del campo magnetico applicato.

Le proprietà appena illustrate sono relative a particelle isolate. In alcuni nano-composti le particelle sono molto vicine al punto che l'accoppiamento di scambio avvengono non sulla singola

Particella ma sui “grani” (o aggregati). Alcuni di questi composti hanno una elevata rimanenza magnetica e coercitività; rimanendo fortemente magnetici quando il campo magnetico applicato viene ridotto a zero e hanno bisogno di un grande campo magnetico per smagnetizzarli.

Per finire, rispetto ai classici paramagneti, oltre ad avere un comportamento ferromagnetico, presentano anche una suscettività magnetica molto più alta.

APPLICAZIONI DI NANOMATERIALI

• Separazione magnetica

Si utilizzano nanoparticelle magnetiche funzionalizzate grazie al quale il gruppo funzionale si lega ad una specifica specie. Una volta che tale specie si lega, applicando un campo magnetico che attragga la nanoparticella e di conseguenza anche la specie catturata. Questa separazione sarà più efficiente quanto è maggiore il momento magnetico della nanoparticella (si utilizza ossidi di ferro come la magnetite che sono anche molto stabili in soluzioni acquose).

attività tumorale e scaldare localmente quella zona per distruggere queste cellule dannose (le cellule tumorali sono sensibili al calore).

Ferro-fluidi sono dispersioni molto concentrate di nanoparticelle magnetiche in un solvente ad alto punto di ebollizione. Sono usati come sigillanti in alberi rotanti o per il monitoraggio del carburante delle astronavi (in assenza di gravità). Esso è permesso perché il momento magnetico della sostanza non ha il tempo di allinearsi con il campo magnetico esterno generando una sorta di "attrito interno".

Combustibili: i combustibili solidi sono molto usati soprattutto in assenza di gravità (es. razzi). Il vantaggio di questo tipo di combustibile sta nel maggior controllo del flusso di carburante che arriva al motore. Un esempio sono le nanoparticelle di Al che sono altamente reattive e facili da innescare anche in presenza di poca aria.

Termiti: una reazione fortemente che produce metalli allo stato

• Creme solari / schermi per UV

CHIMICA SUPRAMOLECOLARE: GENERALITÀ

La chimica supramolecolare è lo studio delle molecole molto complesse e delle loro associazioni, che sono il risultato dell'interazione tra queste molecole. Secondo la definizione di Lehn, si tratta di una "più alta complessità risultante dall'associazione di due o più specie chimiche legate assieme da forze intermolecolari".

Le proprietà chimiche di queste associazioni di molecole non sono semplicemente la somma delle proprietà delle molecole di partenza, ma tali aggregati presentano proprietà estranee alle molecole che li compongono.

In natura, la maggior parte di questi sistemi sono gli enzimi e numerosi complessi metallici come il gruppo eme dell'emoglobina.

Le interazioni citate sono per lo più deboli, come le forze di Van der Waals, le forze idrofobiche, la coordinazione di metalli, il legame a idrogeno, gli effetti elettrostatici o elettromagnetici, il legame ad alogeno e le interazioni π-π. Queste interazioni non sono di natura

covalente. Nel campo della ricerca, il vantaggio di creare interazioni non covalenti è legato alla facilità di creazione di queste interazioni di legami rispetto alla creazione o alla rottura di legami covalenti.

Riconoscimento molecolare: Una supramolecola non è un aggregato di molecole casuali ma si forma solo tramite specifiche molecole. Affinché ciò avvenga è necessario che le molecole si "riconoscano"; questo avviene tramite la formazione di complessi tramite interazioni tra un ospite (guest) o la molecola il cui legame diverge verso l'ospitante (host) o la molecola il cui legame converge verso l'ospite.

Il processo di riconoscimento è detto riconoscimento molecolare ed è guidato dalle interazioni ospite/ospitante; il giusto equilibrio tra i diversi tipi di interazioni è ciò che determina l'efficienza del riconoscimento.

I tipi di interazioni ospite/ospitante sono:

• Forze di interazioni

Elettrostatiche sono le forze Coulombiane tra cariche o dipoli opposti. Esse sono inversamente proporzionali alla costante dielettrica del mezzo circostante (solvente).

Il legame ad idrogeno è un legame di natura elettrostatica. È meno forte delle interazioni più puramente ioniche. È un legame specifico e direzionale.

Il legame di coordinazione è un legame che si genera tra un metallo o ione metallico e un elettrone-ricco (legante). È un legame specifico, direzionale e che impone una specifica geometria al frammento molecolare in questione.

Le forze di Van der Waals si generano tra dipoli indotti. Sono legami meno forti e meno direzionali delle forze di interazioni elettrostatiche, tra cui il legame ad idrogeno. Tuttavia, questo tipo di interazioni hanno un importante ruolo tra ospite/ospitante o meglio tra chiave/serratura, in cui le due molecole riconoscono la forma dell'altra (sono complementari). Questo tipo di riconoscimento è molto più specifico.

• Interazioni idrofobiche che si generano tra sostanze non miscibili, prime fratutte i solventi acquosi in cui viene sciolto del soluto organico. Questeinterazioni sono dovute a fattori termodinamici: la rottura di legami adidrogeno e la dissociazione del soluto in ambiente acquoso sono entrambesfavorite. In risposta all'introduzione del soluto, il solvente risponde cercandodi "minimizzare il numero di interazioni tra soluto e solvente" e laconseguenza di ciò è di compattare le molecole di soluto. Anche questo tipo diinterazione non è direzionale ma svolge in ruolo molto importante nellesupramolecole, avvicinandole e contribuendo alla loro forma in soluzione (es.la struttura delle proteine in ambiente biologico).
• Interazioni π-π sono legate a sistemi aromatici. Si crea una sovrapposizioneintermolecolari tra sistemi π-coniugati e orbitali p che porta ad un

guadagnoenergetico (es. tra nucleotidi di DNA). Tra le forze di interazione noncovalenti, esse sono le più forti ma sono anche altamente direzionali e hanno una geometria di legame molto precisa.

• Legame ad alogeno è una interazione non covalente che si verifica tra un atomo di alogeno, che agisce da acido di Lewis, e una base di Lewis. Essi sono 79 Non tra semplici molecole ma tra 2 o più specifici substrati o parti di molecole I legami specifici hanno il compito di congiungere 2 specifiche parti di 2 molecole nella formazione della supramolecola molto simili ai più comuni legami ad idrogeno che si basano sullo stesso principio di formazione

ETERI A CORONA

Li eteri corona sono una famiglia di polieteri ciclici e 80 il nome deriva dalla loro forma che ricorda una corona. La cavità di un etere corona è una regio