Festival della Scienza

Il tema, in effetti, è complesso: la catalisi eterogenea. Ma le sue applicazioni, sono sotto i nostri occhi: il processo, infatti, è alla base delle marmitte catalitiche delle auto, che “ripuliscono” i fumi di scarico provenienti dal motore. E non solo: “Il mercato dei catalizzatori è in continuo sviluppo – spiega Ertl - molti vengono usati nella raffinazione del petrolio, nell’industria chimica, o per la purificazione dell’aria”. Il catalizzatore, insomma, non è altro che un “acceleratore”: capace di rendere una reazione molto più veloce. Ebbene, oggi è possibile seguirne ogni passaggio a livello dei singoli atomi. E questo permette di costruire catalizzatori sempre più efficienti ed economicamente vantaggiosi. Un po’ di storia: “Nel 1823 Dobereiner scrisse che la polvere di platino riesce a far reagire l’idrogeno con l’ossigeno senza che il platino si consumi in questa reazione. – racconta Ertl - In seguito questo fenomeno venne chiamato catalisi. Ma in cosa consiste di preciso? Semplice: le molecole per reagire tra di loro devono scontrarsi. Certo, non tutte le collisioni portano a formazione di nuove molecole: dipende dalla temperatura e dall’energia di attivazione. Per rompere i legami chimici ci vuole energia. E questa energia deve superare la barriera che tiene insieme le molecole”. E qui, entra in gioco il catalizzatore: “Permette alla reazione di avvenire più velocemente, e con un’energia minore. Nei processi industriali la catalisi avviene con sostanze solide. Questo processo è al centro dell’industria chimica: molte reazioni senza catalizzatori non sarebbero possibili”. Niente di più concreto, dunque: “Si calcola che un terzo della popolazione morirebbe di fame se non ci fosse l’industria dei fertilizzanti, che si serve della catalisi dell’ammoniaca”. E ancora, gli scarichi delle auto: senza il catalizzatore, non si potrebbero “ripulire” i gas che provengono dal motore. E noi vivremmo in un mondo più inquinato. Oggi, “per capire il processo, possiamo esaminare le reazioni su scala atomica”. Ecco come funziona: “A temperature basse le particelle sono immobili. Se si alza la temperatura, si agitano e interagiscono l’una con l’altra. Il risultato sono aree di atomi: quelli di ossigeno formano strutture aperte, mentre le molecole di monossido di carbonio si collegano agli atomi di carbonio e danno vita a uno strato denso. Comunque, la temperatura deve essere elevata perché la marmitta catalitica funzioni”. Il catalizzatore, spiega il Nobel, ha un cuore. Si chiama così, infatti, l’oscillazione periodica che caratterizza i catalizzatori ultrasottili: battito del cuore. “In natura ci sono molti fenomeni non costanti, ma oscillatori”. E questo è uno di quelli. Difficile da capire? Ertl mostra la foto di una zebra: “Ecco un esempio di oscillazioni in natura!”. E poi, un quadro di Paul Klee: “Noi chimici, come gli artisti, cerchiamo di simulare con i nostri sistemi ciò che si osserva in natura. E siamo in grado di calcolare i modelli matematici che spiegano queste strutture. Che osserviamo anche nei disegni di Leonardo, o di Van Gogh”.