Cosa hanno in comune le nuvole, i televisori, i prodotti farmaceutici e persino lo sporco sotto i nostri piedi? Tutti hanno o usano cristalli in qualche modo. I cristalli sono più che semplici pietre preziose. Le nuvole si formano quando il vapore acqueo si condensa in cristalli di ghiaccio nell'atmosfera. I display a cristalli liquidi sono utilizzati in una varietà di elettronica, dai televisori ai quadri degli strumenti. La cristallizzazione è un passaggio importante per la scoperta e la purificazione di farmaci. I cristalli compongono anche rocce e altri minerali. Il loro ruolo cruciale nell'ambiente è al centro della ricerca in scienze dei materiali e scienze della salute.

Gli scienziati devono ancora comprendere appieno come avvenga la cristallizzazione, ma l'importanza delle superfici nel promuovere il processo è stata da tempo riconosciuta. La ricerca del Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), dell'Università di Washington (UW) e della Durham University getta nuova luce su come si formano i cristalli sulle superfici. I loro risultati sono stati pubblicati in Science Advances .

Precedenti studi sulla cristallizzazione hanno portato gli scienziati a formare la teoria della nucleazione classica, la spiegazione predominante del motivo per cui i cristalli iniziano a formarsi o a nuclearsi. Quando i cristalli si nucleano, iniziano come piccoli ammassi effimeri di pochi atomi. Le loro piccole dimensioni rendono i grappoli estremamente difficili da rilevare. Gli scienziati sono riusciti a raccogliere solo alcune immagini di tali processi.

"Le nuove tecnologie stanno rendendo possibile visualizzare il processo di cristallizzazione come mai prima d'ora", ha affermato il chimico della divisione di scienze fisiche del PNNL Ben Legg. Ha collaborato con il PNNL Battelle Fellow e il professore affiliato UW James De Yoreo per fare proprio questo. Con l'aiuto del professor Kislon Voitchovsky dell'Università di Durham in Inghilterra, hanno utilizzato una tecnica chiamata microscopia a forza atomica per osservare la nucleazione di un minerale di idrossido di alluminio su una superficie di mica nell'acqua.

La mica è un minerale comune, che si trova in tutto, dal muro a secco ai cosmetici. Spesso fornisce una superficie per la nucleazione e la crescita di altri minerali. Per questo studio, tuttavia, la sua caratteristica più importante era la sua superficie estremamente piatta, che ha permesso ai ricercatori di rilevare i cluster di pochi atomi mentre si formavano sulla mica.

Quello che Legg e De Yoreo osservarono era un modello di cristallizzazione che non era previsto dalla teoria classica. Invece di un raro evento in cui un ammasso di atomi raggiunge una dimensione critica e poi cresce sulla superficie, hanno visto migliaia di ammassi fluttuanti che si sono fusi in uno schema inaspettato con lacune che persistevano tra le "isole" cristalline.

Dopo un'attenta analisi dei risultati, i ricercatori hanno concluso che mentre alcuni aspetti dell'attuale teoria erano vere, alla fine il loro sistema ha seguito un percorso non classico. Lo attribuiscono alle forze elettrostatiche delle cariche sulla superficie della mica. Poiché molti tipi di materiali formano superfici cariche nell'acqua, i ricercatori ipotizzano di aver osservato un fenomeno diffuso e sono entusiasti di cercare altri sistemi in cui potrebbe verificarsi questo processo non classico.

"Le ipotesi della teoria della nucleazione classica hanno implicazioni di vasta portata in discipline che vanno dalla scienza dei materiali alla previsione del clima", ha affermato De Yoreo. "I risultati dei nostri esperimenti possono aiutare a produrre simulazioni più accurate di tali sistemi". + Esplora ulteriormente

Aumenta l'ordine:un nuovo studio rivela l'importanza dell'ordinamento strutturale liquido nella cristallizzazione