Poliossometallati

I poliossometallati (POMs) sono una classe di composti a base di ossidi polianionici che formano una varietà di strutture con un’ampia gamma di applicazioni. Possono essere rappresentati dalle due formule generali: [MmOn]p- e [XxMmOn]q-. I poliossometallati con formula [MmOn]p- sono isopolianioni mentre quelli indicati con [XxMmOn]q- con x ≤ m sono eteropolianioni.

Con M viene indicato un metallo delle prime serie dei metalli di transizione come vanadio, molibdeno e tungsteno presente con suo più numero di ossidazione più alto mentre con X viene indicato un elemento dei non metalli come fosforo, silicio, germanio, arsenico, antimonio e tellurio o un metallo di transizione diverso come cobalto, ferro, manganese e rame.

I poliossometallati hanno una vasta gamma di proprietà che li rendono candidati attraenti per potenziali applicazioni in una varietà di campi come la catalisi, la medicina, la chimica analitica, le nanotecnologie e la scienza dei materiali. Sebbene negli ultimi anni sono aumentati a dismisura gli studi sui poliossometallati essi sono noti da tempo.

Proprietà dei poliossometallati

I poliossometallati presentano differenze in dimensioni, composizione chimica e proprietà fisiche rispetto agli ossidi metallici.  Le loro strutture, infatti, sono varie e complesse e le loro composizioni chimiche estremamente variabili a causa della varietà di metalli e non metalli in essi presenti

L’ampia variabilità delle composizioni chimiche e un gran numero di tipi strutturali insoliti fanno sì che i presentino un’ampia varietà di proprietà diverse e ciò spinge molti ricercatori a esplorare continuamente la strategia di sintesi, la regolazione strutturale e le applicazioni dei materiali.

Molte di queste proprietà interessanti includono dimensioni controllabili, composizione, densità di carica, potenziale redox, forza acida, elevata stabilità termica allo stato solido, solubilità in solventi polari/non polari e stoccaggio reversibile di elettroni/protoni.

Strutture

Lavorando con la supervisione di William Lawrence Bragg e Linus Pauling, James Fargher Keggin pubblicò nel 1933 la scoperta della struttura dell’acido fosfotungstico che ha portato a quella di polianioni correlati segnando il vero inizio della chimica strutturale dei poliossometallati.

struttura di Keggin
struttura di Keggin

Gran parte della moderna chimica dei poliossometallati è incentrata sulla struttura di Keggin, che storicamente è rappresentativa di molti eteropolimolibdati ed eteropolitungstati con formula [XM12O40]n-. La struttura ha una simmetria tetraedrica ed è composta da un eteroatomo circondato da quattro atomi di ossigeno per formare un tetraedro. L’eteroatomo è situato centralmente ed è ingabbiato da 12 unità ottaedriche MO6 collegate tra loro dagli atomi di ossigeno vicini.

Un altro tipo di struttura è quella di Dawson di cui esempi sono [P2W18O62]4-e  [S2W18O62]4- in cui 18 unità ottaedriche MO6 racchiudono entrambi i gruppi eteroionici interni XO4 condividendo gli angoli e i bordi. Infine vi è la struttura di Anderson che ha formula [Hy(XO6)M6O18]n− in cui y assume valori da 0 a 6, n da 2 a 8, X è un eteroatomo e X è Mo(IV) o W(IV).

Storia

Il chimico svedese Jöns Jacob Berzelius nel 1826 scoprì il fosfomolibdato con formula [PMo12O40]3−. Successivamente il chimico svedese Jean Charles Galissard de Marignac trovò che l’anione [SiW12O40]4− si presentava sotto forma di due forme isomeriche.

struttura di Dawson
struttura di Dawson

Da allora sono state sintetizzate e caratterizzate molteplici strutture. La svolta è arrivata con la possibilità di utilizzare le tecniche spettroscopiche e pertanto tra la fine del XIX secolo e l’inizio del XX secolo furono elaborate teorie che spiegavano la chimica dei composti di coordinazione e dei poliossometallati.

Negli ultimi decenni sono state raccolte molte informazioni e oggi i poliossimetallati costituiscono una classe di cluster polinucleari le cui applicazioni lo sono legate alla loro speciale capacità di accettare uno o più elettroni con minime modifiche strutturali

Usi

I poliossimetallati mostrano proprietà catalitiche, elettrochimiche e ottiche, che portano ad applicazioni in aree come la catalisi, lo stoccaggio di energia e la scienza dei materiali. Negli ultimi anni, la ricerca ha continuato ad espandersi, concentrandosi sulla comprensione delle loro proprietà e sullo sviluppo di applicazioni in vari campi, tra cui oltre alla catalisi, la conversione energetica, la bonifica ambientale e la somministrazione di farmaci.

struttura di Anderson
struttura di Anderson

I poliossimetallati sono catalizzatori altamente selettivi e attivi, soprattutto nella conversione di materiali biogenici in modo che i processi chimici possano diventare verdi, sostenibili e circolari. sono anche specie importanti nei processi che consentono di risolvere problemi ambientali come, ad esempio, il sequestro dei gas serra o l’eliminazione dei rifiuti pericolosi.

Grazie alle loro proprietà uniche e alla diversità strutturale, possono essere applicati nelle terapie antibatteriche e antivirali e migliorare il trattamento di varie malattie neurologiche e polmonari. Grazie alle loro eccellenti proprietà fisiche e chimiche, come struttura a bande di energia regolabile e proprietà redox reversibili vengono utilizzati come elementi costitutivi per la sintesi di nanomateriali.

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