Approccio Computazionale per lo Studio dei Legami Chimici nei Complessi degli Attinoidi: Una Panoramica dei Metodi e di Alcune Applicazioni Rappresentative

Il seguente lavoro di Tesi è stato svolto presso il gruppo di Chimica Teorica del Dipartimento di Chimica dell'Università degli Studi di Torino, il quale si occupa di sviluppare, implementare ed applicare metodi di calcolo quanto-meccanici per lo studio di sistemi molecolari e solidi. L’approccio computazionale allo studio di un sistema chimico si declina secondo due principali strategie per la descrizione delle interazioni fondamentali tra i costituenti della materia, l'una classica ed un'altra quantistica. In questa tesi ci concentriamo sull'approccio quantistico all'interno del quale, a sua volta, si possono identificare due grandi famiglie di metodi: quelli basati sulla costruzione della funzione d'onda e quelli basati sulla descrizione della densità elettronica. In questo lavoro mi concentro sulla discussione di metodi che permettono di analizzare la soluzione ottenuta dai calcoli quantomeccanici per estrarre informazioni relative al legame chimico del sistema. Per approfondire questo argomento ho fatto riferimento all'articolo “Electronic structure theory to decipher the chemical bonding in actinide systems” di Jean-Pierre Dognon. In particolare, dopo una breve introduzione che riguarda alcuni elementi base per affrontare gli argomenti successivi, nella prima parte ho effettuato una panoramica delle metodologie computazionali utilizzate per l'analisi dei legami chimici, di queste ne ho analizzata una in maniera più dettagliata, ovvero la tecnica più generale per la descrizione delle proprietà del legame chimico: l'analisi topologica centrata sulla QTAIM. Nella seconda parte, invece, mi sono occupata di descrivere alcune applicazioni selezionate di questi metodi a complessi contenenti attinoidi, approfondendone una in particolare che riguarda l'interazione tra l'uranile e due differenti leganti donatori di azoto, facendo riferimento all'articolo “Assessing covalency in equatorial U-N bonds: density based measures of bonding in BTP and isoamethyrin complexes of uranyl” di Poppy Di Pietro e Andrew Kerridge. Lo studio della chimica degli attinoidi interessa fortemente il campo industriale allo scopo di riuscire a separare gli attinoidi trivalenti dai lantanidi trivalenti nei cicli avanzati di combustione nucleare. Le aree di studio negli ultimi anni si sono ampliate con applicazioni anche nel campo tossicologico nucleare, terapia del cancro e chimica analitica. Comprendere il legame e l'interazione in questi composti non è semplice a causa della loro complessa struttura elettronica, dei significativi effetti di correlazione elettronica e del grande contributo dell'effetto relativistico. Gli elementi del blocco f costituiscono infatti probabilmente il gruppo più impegnativo all'interno della tavola periodica dal punto di vista della teoria della struttura elettronica.