L’ossigeno atomico è noto per le sue potenti proprietà ossidanti, ma fino ad oggi il suo comportamento nei liquidi era rimasto quasi completamente sconosciuto, perché rilevarlo senza alterare l’ambiente circostante si è rivelato quasi impossibile. I metodi tradizionali basati su sonde chimiche fallivano ripetutamente: la reattività dell’ossigeno distruggeva le sonde o le trasformava in altre specie reattive, impedendo qualsiasi misurazione affidabile.
Oggi invece un team di scienziati ha ottenuto la prima immagine diretta di ossigeno atomico dissolto nell’acqua, aprendo la strada a una comprensione senza precedenti del comportamento di questa specie chimica altamente reattiva. La scoperta, resa possibile grazie a una tecnica laser avanzata, offre nuove prospettive per applicazioni in medicina, chimica industriale e ricerca fondamentale.
Una tecnica laser rivoluzionaria per osservare l’ossigeno atomico
Stando a quanto riportato da Interesting Engineering, la svolta nella ricerca sull’ossigeno atomico è arrivata con la tecnica TALIF (Two-Photon Absorption Laser-Induced Fluorescence), già impiegata per misurare specie atomiche nei gas. La metodica eccita gli atomi con due fotoni simultaneamente, portandoli a uno stato energetico superiore; tornando allo stato fondamentale, gli atomi emettono luce fluorescente che rivela la loro presenza e concentrazione.
L’innovazione, presentata in uno studio su Nature Communications, consiste nell’uso di un laser femtosecondo ultrarapido. Questi impulsi brevissimi forniscono energia sufficiente a far fluorescere gli atomi prima che le molecole d’acqua circostanti possano spegnerli, superando un ostacolo che aveva bloccato tutti i tentativi precedenti.
Gli scienziati hanno diretto un laser femtosecondo a 225,7 nm in acqua arricchita di ossigeno atomico generato da un getto di plasma. La fluorescenza emessa dagli atomi a 844,6 nm è stata catturata da un sistema di telecamere sensibili e confrontata con un riferimento al xeno calibrato. Grazie a simulazioni che considerano le collisioni con le molecole d’acqua, il team ha stimato densità di ossigeno atomico dell’ordine di 10¹⁶ cm⁻³ vicino alla superficie dell’acqua.
Stabilità e mobilità inaspettate nell’acqua
Oltre a rilevare l’ossigeno atomico, i ricercatori hanno osservato comportamenti sorprendenti. Gli atomi sono rimasti stabili per decine di microsecondi, molto più a lungo di quanto previsto, e si sono spostati per diverse centinaia di micrometri all’interno dell’acqua. Secondo i modelli chimici precedenti, l’ossigeno atomico avrebbe dovuto reagire quasi immediatamente, rendendo improbabile una tale mobilità e longevità.
Questi risultati suggeriscono che la chimica dell’ossigeno atomico nei liquidi è più complessa di quanto creduto e potrebbero avere implicazioni per tecnologie basate su reazioni ossidative controllate.
La possibilità di misurare direttamente le concentrazioni e il comportamento dell’ossigeno atomico con la tecnica fs-TALIF apre nuove prospettive per esplorare la sua chimica distintiva con precisione senza precedenti, guidando applicazioni future in diversi campi scientifici.
