Parlano gli intermetallici - trasmette UNiGe*

_{* Casi della scienza: UNiGe, oltre a essere il nostro Ateneo, è un composto intermetallico composto da uranio (U), nichel (Ni) e germanio (Ge)}

Che cosa sono gli intermetallici?

Sono composti di elevato interesse applicativo, la cui formazione controllata all’interno di una lega metallica permette di ottenere materiali con peculiari proprietà fisiche, magnetiche, di resistenza meccanica.

Pochi hanno sentito parlare degli intermetallici, ma dai tempi preistorici (leghe Fe-Ni meteoritiche per la costruzione di utensili, Au-Cu per la fabbricazione di gioielli, bronzi, ottoni, ecc.), a oggi hanno avuto un enorme impatto nella nostra storia, anche se nel passato l'uomo non ne era conscio.

La loro importanza è evidente se si pensa che il loro uso sempre più diffuso (ad esempio in acciai, superleghe contenenti Ni_{​​​​​3}(Al,Ti), magneti permanenti a base di Nd₂Fe₁₄B, superconduttori, dispositivi a memoria di forma basati su NiTi, ecc.) pone problemi sempre più pressanti di approvvigionamento di alcuni metalli, con rilevanti implicazioni geopolitiche. Pochissimi sanno che i quasicristalli, la cui scoperta è stata premiata col Nobel per la Chimica nel 2011 ed ha cambiato la definizione stessa di materiale cristallino, sono composti intermetallici.

Ingiustizie chimiche

Considerando la percentuale di metalli tra gli elementi chimici, si può dire che la ricchezza della chimica degli intermetallici è insuperabile, oltreché largamente inesplorata. Da cosa deriva questa “ingiustizia”? Dalla difficoltà di applicare agli intermetallici i concetti basilari della chimica, quali valenza, numero di ossidazione, tipo di legame (covalente, ionico), che invece funzionano per altri composti, come le sostanze organiche, altre sostanze molecolari, sali, ecc.

Queste problematiche sono affrontate dal gruppo di ricerca di Chimica Inorganica dell'Università di Genova che ha una lunga tradizione ed esperienza, riconosciute nel panorama internazionale, nella sintesi e nella caratterizzazione di nuovi composti intermetallici, in particolare contenenti metalli delle terre rare.

Riccardo Freccero

Il dott. Riccardo Freccero, dottore di ricerca presso l’Università di Genova, ha portato avanti uno studio, sia sperimentale, che teorico-computazionale, su decine di nuovi composti ternari, la maggior parte dei quali di formula R₂MGe₆ (R = metallo delle terre rare; M = Li, Mg, Al, Cu, Zn, Pd, Ag). Il lavoro di sintesi è stato realizzato anche impiegando tecniche innovative quali l’uso di un metallo fuso come solvente, mentre il legame chimico è stato studiato applicando le nuove teorie nello spazio reale.

Oltre il formalismo di Eduard Zintl

I risultati di questa ricerca hanno permesso di svelare la complessità delle interazioni presenti nei composti studiati, che vanno ben al di là di quelle prevedibili applicando le regole Zintl. Queste ultime sono infatti in grado di descrivere correttamente la presenza di network covalenti di atomi di germanio solo in alcuni dei composti studiati, approssimando le interazioni R–Ge ed M–Ge come ioniche. In seguito anche allo sviluppo di nuovi approcci, tali interazioni sono state perlopiù descritte come covalenti multicentriche. Inoltre, nel caso in cui metalli di transizione, quali palladio (Pd) ed argento (Ag), siano coinvolti, sono stati rivelati legami covalenti eteropolari con le terre rare. Questi risultati gettano le basi per la comprensione delle relazioni composizione/struttura/proprietà dei germaniuri intermetallici e per una loro progettazione mirata.

A Genova in UniGe l'eccellenza nella ricerca dei composti intermetallici

“La dedizione e la passione con cui i docenti si dedicano agli studenti mi ha colpito sin dal primo anno, e mi ha consentito di apprendere le basi della chimica in un ambiente stimolante. Il primo incontro con la chimica delle leghe e degli intermetallici mi ha fin da subito affascinato portandomi a svolgere il lavoro di tesi nei laboratori di Chimica Inorganica sotto l’appassionata e competente guida della prof.ssa Adriana Saccone, della prof.ssa Serena De Negri e del prof. Pavlo Solokha.” Il dott. Freccero è consapevole che aver studiato Chimica a Genova sia stato cruciale per poter conseguire questi risultati. “Se non avessi studiato a Genova non avrei mai potuto approfondire questa sorprendente branca della chimica in quanto nel nostro dipartimento è presente l’unico gruppo in tutta Italia che si occupa in modo fondante dei composti intermetallici.”

^{Riccardo Freccero, dottore di ricerca presso l’Università di Genova, si è aggiudicato nel 2019 il premio per la miglior tesi di dottorato assegnato dalla Divisione di Chimica Inorganica della Società Chimica Italiana e, nel 2020, il premio internazionale Recognizing Outstanding Ph.D. Research, assegnato dalla casa editrice Springer, che consiste nella pubblicazione della tesi. Il lavoro, dal titolo “Studio di nuovi composti intermetallici polari: sintesi, relazioni strutturali e studio del legame chimico nello spazio reale” è stato svolto presso il Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale (DCCI) dell’Università di Genova in collaborazione con l’Istituto Max–Planck per la Chimica Fisica dello Stato Solido di Dresda (Germania) nel gruppo di Chimica dei Metalli del Prof. Juri Grin, sotto la supervisione della Prof.ssa Adriana Saccone e del Dott. Frank R. Wagner.}