Nobel per la Chimica 2025: i vincitori

Il Premio Nobel per la Chimica 2025 è stato conferito a Susumu Kitagawa, Richard Robson e Omar M. Yaghi "per lo sviluppo di strutture metallo-organiche". Gli scienziati premiati hanno saputo creare costruzioni molecolari con grandi spazi che le attraversano, nei quali i gas e altre sostanze chimiche sono libere di scorrere. Queste costruzioni, le strutture metallo-organiche, possono essere usate per raccogliere acqua dall'aria nel deserto, per catturare anidride carbonica, immagazzinare gas tossici o favorire reazioni chimiche.. Nobel per la Chimica 2025: chi sono gli scienziati premiati. Susumu Kitagawa, nato a Kyoto, in Giappone, nel 1951, è Professore all'Università di Kyoto. Richard Robson, nato nel 1937 a Glusburn, Regno Unito, insegna all'Università di Melbourne, Australia. Omar M. Yaghi, nato nel 1965 ad Amman, in Giordania, è Professore all'Università della California a Berkeley, Stati Uniti.. I tre scienziati hanno sviluppato una nuova forma di architettura molecolare, in cui gli ioni metallici funzionano da pietre angolari, collegate da lunghe molecole a base di carbonio. Questa organizzazione strutturale di ioni metallici più molecole organiche permette di formare cristalli che contengono grandi "buchi", materiali porosi che sono stati ribattezzati strutture metallo-organiche (in inglese metal-organic frameworks - MOF). Cambiando i mattoncini che le compongono, si può far in modo che catturino, o che immagazzinino, sostanze specifiche, oppure che inneschino reazioni chimiche desiderabili, o che conducano elettricità. Si tratta insomma di strutture con un potenziale enorme, che permettono di creare materiali su misura per molte diverse esigenze.. Qualche esempio? Le strutture metallo-organiche possono essere pensate e costruite per catturare CO2 dall'aria, per separare i PFAS (composti chimici industriali dannosi per la salute e di difficile degradazione) dall'acqua, o ancora per consegnare medicinali in siti specifici del corpo umano o per catturare gas estremamente tossici. MOF su misura possono intrappolare l'etilene dalla frutta così da farla maturare più lentamente, o portare in giro enzimi capaci di demolire ogni traccia di antibiotici dispersi nell'ambiente.. L'idea da un modellino di molecola in legno. A metà degli anni '70, mentre costruiva modelli in legno di atomi per le lezioni di chimica, Richard Robson ebbe un'intuizione. Doveva creare dei buchi in biglie di legno in modo tale che gli studenti potessero collegare i modelli di atomi tra loro attraverso bastoncini (i legami chimici). Si accorse che i buchi non potevano essere posizionati a caso, perché ogni atomo forma legami chimici in un modo specifico. Quando passò a costruire modelli di molecole, capì che la sola posizione dei buchi negli atomi conteneva già di per sé moltissime informazioni: il modello delle molecole prendeva in automatico la struttura corretta già solo per come erano posizionati gli spazi per i legami chimici negli atomi. Che cosa sarebbe accaduto - pensò Robson - se avesse utilizzato le proprietà specifiche degli atomi per mettere insieme diversi tipi di molecole? Era possibile sfruttare queste proprietà per costruire nuove strutture molecolari?. Imitare i diamanti. Passò più di un decennio affinché Robson si decidesse a testare l'idea. Ispirato dalla struttura del diamante, in cui ogni atomo di carbonio si lega a quattro altri atomi formando una piccola piramide, costruì una struttura simile, usando però ioni di rame positivi con una molecola a quattro bracci: alla fine di ogni braccio c'era un gruppo chimico (nitrile) attratto dagli ioni di rame positivi. La struttura, nel suo insieme, formava un cristallo spazioso, come un diamante riempito di moltissime cavità, dunque con un grande potenziale. Era però instabile: collassava facilmente.. L'idea iniziale si perfeziona. Robson intuì che quell'innovativa costruzione chimica avrebbe offerto in futuro nuovi modi un tempo impensabili di costruire materiali. In seguito sperimentò nuove strutture, con cavità ripiene di diverse sostanze, e dimostrò che gli ioni potevano passare attraverso i buchi lasciati nelle costruzioni molecolari. Robson fu un pioniere, capace di vedere nel futuro anche se le sue strutture erano, di per sé, fragili e cedevoli: capì per esempio che modificando la costruzione si potevano ottimizzare per contenere diverse sostanze chimiche o per favorire determinate reazioni. Molti pensavano che le strutture non avessero nessuna utilità pratica. Molti, ma non Susumu Kitagawa e Omar Yaghi, che separatamente, tra il 1992 e il 2003, diedero all'idea di Robson basi salde e attuazione.. Strutture permeabili ai gas e flessibili. Nel 1997, Kitagawa riuscì a creare strutture metallo-organiche intersecate da canali aperti, che potevano essere riempiti da diversi tipi di gas: il materiale poteva assorbire e rilasciare questi gas (come metano, azoto, ossigeno) senza che la sua struttura si modificasse e senza cambiare forma. Inoltre, Kitagawa ebbe il merito di convincere la comunità scientifica internazionale dei vantaggi delle strutture metallo-organiche: descrivendone le proprietà, fece capire che possono essere creati a partire da molti tipi di molecole, quindi esiste un enorme potenziale per l'integrazione di diverse funzioni, e che possono formare materiali morbidi, duttili, perché contengono blocchi molecolari flessibili. Iniziò anche a sviluppare MOF flessibili (oggi esistono numerosi MOF che possono cambiare forma, per esempio se svuotati-riempiti con diversi gas).. Finalmente una struttura stabile. Nel 1995, Yaghi pubblicò la struttura di due diversi materiali bidimensionali, simili a reti tenuti insieme da ioni di rame o cobalto; questa seconda versione poteva ospitare altre molecole nei vari spazi ed era, anche a capienza piena, così stabile che poteva essere portata a 350 °C senza collassare. Yaghi descrisse questo materiale su Nature chiamandolo struttura metallo-organica, un termine ora esteso a decrivere ogni struttura molecolare estesa e ordinata col potenziale di contenere cavità e ottenuta da molecole organiche e metalli. Nel 1999, Yaghi presentò il MOF-5, un materiale eccezionalmente spazioso e stabile, che anche se vuoto può essere portato a 300 °C senza sfaldarsi, e con un enorme spazio interno potenziale da occupare: due soli grammi di MOF-5 ospitano un'area vuota pari a quella di un campo da calcio. Significa che hanno un incredibile potenziale di assorbimento.. Yaghi dimostrò che è possibile modificare le strutture metallo-organiche in un modo razionale, decidendo prima quali proprietà vogliamo far loro avere. Ha creato 16 varianti di MOF-5 con cavità più o meno grandi: una variante riesce a immagazzinare enormi volumi di gas metano e con un'altra il suo team ha dimostrato di poter assorbire acqua dall'aria nel Deserto dell'Arizona. Di notte, il MOF cattura vapore acqueo, all'alba, quando il sole riscalda il materiale, si recupera l'acqua assorbita.. I materiali del futuro. Per ora le proprietà dei MOF sono state testate solo su piccola scala, perché servono massicci investimenti per produrle per scopi pratici ed estesi. Ma gli usi possibili sono innumerevoli e potrebbero aiutarci nella costruzione di un mondo meno inquinato e più sostenibile. Per esempio, l'industria elettronica è ora in grado di usare questi materiali per contenere alcuni dei gas tossici che servono a produrre i semiconduttori. Altri MOF demoliscono i gas dannosi, inclusi quelli che possono essere usati per confezionare armi chimiche. Altre aziende stanno testando materiali che possano catturare emissioni di CO2 dagli scarichi industriali o dalle centrali elettriche.. Premio Nobel per la Chimica: curiosità storiche. Il Premio Nobel per la Chimica, istituito dal testamento di Alfred Nobel del 1895, viene assegnato come quello per la Fisica dall'Accademia reale svedese delle Scienze. Dal 1901 ne sono stati conferiti 116 a 197 persone (in realtà, 195: Frederick Sanger e Barry Sharpless sono stati premiati due volte). Dei premi assegnati, 63 sono andati a un unico scienziato, 25 sono stati condivisi tra due scienziati e 28 tra tre.. Il più giovane e il più anziano vincitore del Nobel per la chimica sono stati Frédéric Joliot, che aveva 35 anni quando fu premiato nel 1935 insieme a Irène Joliot-Curie, figlia di Pierre e Marie Curie, "in riconoscimento della loro sintesi di nuovi elementi radioattivi"; e John B. Goodenough, premiato 97enne nel 2019 insieme a Michael Stanley Whittingham e Akira Yoshino "per lo sviluppo di batterie agli ioni di litio".. In tutti questi anni, soltanto 8 donne hanno vinto un Nobel per la Chimica. Tra queste, due - Marie Curie e Dorothy Crowfoot Hodgkin - hanno goduto del riconoscimento da sole, non in condivisione con altri scienziati (maschi). La prima fu premiata nel 1911 per la scoperta di radio e polonio; la seconda nel 1964, "per la sua determinazione, attraverso l'utilizzo di tecniche a raggi X, delle strutture di importanti sostanze biochimiche".. Nel 2024, il Premio Nobel per la Chimica è stato assegnato per metà a David Baker "per il design computazionale delle proteine" e per l'altra metà, congiuntamente a Demis Hassabis e John M. Jumper "per la predizione della struttura delle proteine"..