Ricordate che cosa c’era scritto nei libri di testo che usavate a scuola, quando si parlava del legame chimico cosiddetto “covalente”? Si diceva che un legame covalente si forma quando due atomi condividono una o più coppie di elettroni, con i casi più comuni rappresentati da legami singoli, doppi e tripli, basati rispettivamente sulla condivisione di una, due o tre coppie di elettroni. Questo concetto era alla base di tutta la chimica organica che abbiamo studiato, descrivendo il modo in cui gli atomi si legano per formare molecole stabili.

Ma ora, immaginate di scoprire che esiste un tipo di legame del tutto diverso, che coinvolge non due elettroni, ma uno solo. Fino a oggi, legami di questo tipo erano ritenuti troppo instabili per essere osservati sperimentalmente. Eppure, un gruppo di ricercatori è riuscito a fornire la prima prova diretta di questo legame tra due atomi di carbonio, aprendo nuove prospettive sulla nostra comprensione della chimica dei legami.

In uno studio pubblicato ieri su Nature, i ricercatori hanno dimostrato l’esistenza di questo legame a un elettrone tramite avanzate tecniche sperimentali di diffrazione a raggi X e spettroscopia Raman. Il legame sigma a un elettrone era stato teorizzato nel 1931 da Linus Pauling, ma non era mai stato osservato direttamente. La sua debolezza lo rendeva difficile da isolare, ma grazie all’ossidazione controllata di un idrocarburo con un legame carbonio-carbonio “allungato”, i ricercatori sono riusciti a stabilizzarlo e a studiarne le proprietà.

Come previsto, questo legame è molto più debole dei legami covalenti a due elettroni che conosciamo, ma è comunque stabile abbastanza da esistere in condizioni specifiche. I ricercatori sono riusciti a confermare i calcoli teorici basati sulla teoria del funzionale della densità, confermando le proprietà previste, e particolarmente le sue caratteristiche covalenti, oltre a una struttura e una forza che lo distinguono dai legami tradizionali.

Le implicazioni di questa scoperta potrebbero essere rivoluzionarie. Da un lato, la chimica teorica potrebbe beneficiare di questa nuova categoria di legame per sviluppare modelli più sofisticati sui processi chimici e sui limiti di ciò che consideriamo “legato”. Dall’altro lato, questa scoperta potrebbe avere risvolti pratici rilevanti nella progettazione di nuovi materiali con proprietà mai viste prima. Ad esempio, la capacità di controllare legami così deboli e precisi potrebbe portare alla creazione di materiali che si auto-assemblano o si disassemblano in modo controllato, con potenziali applicazioni in nanoscienza, chimica dei polimeri e materiali avanzati. Potremmo anche immaginare composti con proprietà reattive del tutto nuove, in cui il legame debole a un elettrone viene sfruttato per innescare reazioni chimiche particolari.

Inoltre, questa scoperta potrebbe aprire la strada a studi più approfonditi sui limiti della stabilità molecolare. Se un legame a un solo elettrone può esistere ed essere stabilizzato, cosa ci impedisce di esplorare altri tipi di interazioni deboli o temporanee che potrebbero ampliare ulteriormente il nostro concetto di chimica covalente?

Ci troviamo di fronte a un cambiamento di prospettiva che ci costringe a riconsiderare alcune delle basi della chimica, espandendo il concetto di legame e ridefinendo i confini tra ciò che è legato e ciò che non lo è. Questa scoperta ci invita a esplorare nuovi orizzonti, stimolando la curiosità scientifica verso ciò che ancora non conosciamo sulla natura dei legami chimici.