Come si formano i cristalli? - Graham Baird

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Molti cristalli hanno forme che li contraddistinguono, come la cascata del quarzo appuntito o l'ammasso di cubi di galena. Gli atomi di ciascun cristallo hanno una caratteristica distintiva: la loro struttura organizzata e ripetuta. Tale struttura non si limita ai minerali: anche la sabbia, il ghiaccio, i metalli e il DNA hanno strutture cristalline. Dunque, che cosa contribuisce a far assumere loro sempre la stessa forma? Graham Baird esplora le proprietà uniche dei cristalli.

Lezione di Graham Baird, diretta da Franz Palomares.

Nelle profondità di geyser e sorgenti
termali della caldera di Yellowstone

giace una camera magmatica prodotta
da un punto caldo nel mantello terrestre.

Mentre il magma sale
verso la superficie della Terra,

si cristallizza formando
giovani e calde rocce ignee.

Il loro calore conduce
le falde acquifere in superficie.

L'acqua poi si raffredda,

gli ioni precipitano
e si formano cristalli minerali,

come cristalli di quarzo
da silicio e ossigeno,

feldspato da potassio,
alluminio, silicio e ossigeno,

galena da piombo e zolfo.

Molti di questi hanno forme
che li contraddistinguono,

come questa cascata di quarzo appuntito,
o questo ammasso di cubi di galena.

Ma che cosa contribuisce
a far assumere loro sempre questa forma?

Parte della risposta sta negli atomi.

Gli atomi di ogni cristallo sono disposti
in strutture ben organizzate e ripetute.

Tali strutture sono la caratteristica
distintiva del cristallo,

e non si limitano ai minerali:

sabbia, ghiaccio, zucchero,
cioccolato, ceramica, metalli, DNA

e perfino alcuni liquidi
hanno strutture cristalline.

Ogni disposizione atomica
di materiale cristallino

rientra in una di queste sei famiglie:

cubica, tetragonale, ortorombica,
monoclina, triclina ed esagonale.

In condizioni adeguate,

i cristalli assumono forme geometriche

che riflettono la disposizione
dei loro atomi.

La galena ha una struttura cubica
fatta di atomi di piombo e zolfo.

Gli atomi di piombo, piuttosto grandi,

si sistemano in una griglia
tridimensionale formando angoli retti,

mentre gli atomi di zolfo,
piuttosto piccoli, si collocano in mezzo.

Crescendo, queste posizioni
attraggono atomi di zolfo,

mentre il piombo tenderà
a legarsi a quelle collocazioni.

Alla fine, la griglia di atomi uniti
verrà completata.

Ciò significa che la struttura cristallina
ad angoli retti della galena

si riflette nella forma visibile
del cristallo.

Il quarzo, invece,
ha una struttura cristallina esagonale.

Ciò significa che su un piano
gli atomi si dispongono a esagoni.

A livello tridimensionale, gli esagoni
sono composti da piramidi a incastro

costituite da un atomo di silicio
e quattro atomi di ossigeno.

La forma peculiare del cristallo di quarzo

è una colonna a sei lati appuntita.

A seconda delle condizioni ambientali,

la maggior parte dei cristalli riesce
a formare molteplici forme geometriche.

I diamanti, per esempio, che si formano
nelle profondità del mantello terrestre,

hanno una struttura cristallina cubica
e possono diventare o cubi o ottaedri.

La forma particolare assunta
da ogni diamante

dipende dalle condizioni di dove cresce,

tra cui pressione, temperatura
e ambiente chimico.

Pur non potendo osservare direttamente
le condizioni di crescita nel mantello,

esperimenti di laboratorio
hanno dimostrato

che i diamanti tendono a formare cubi
a basse temperature

e ottaedri a temperature più alte.

Anche tracce di acqua,
silicio, germanio o magnesio

potrebbero influire
sulla forma del diamante.

E in natura i diamanti non assumono mai
la forma in cui li troviamo nei gioielli,

vengono tagliati
per sfoggiare brillantezza e chiarezza.

Le condizioni ambientali

possono anche determinare
se i cristalli si formeranno o meno.

Il vetro è fatto
di sabbia di quarzo sciolta,

ma non è cristallino.

Questo perché il vetro si raffredda
in tempi piuttosto brevi,

e gli atomi non fanno in tempo
a posizionarsi

nella struttura ordinata
del cristallo di quarzo.

Anzi, la disposizione casuale
degli atomi nel vetro fuso

viene bloccata nel raffreddamento.

Molti cristalli non assumono
forme geometriche

perché crescono a strettissimo contatto
con altri cristalli.

Rocce come il granito
sono piene di cristalli,

ma nessuno di essi ha forme riconoscibili.

Mentre il magma
si raffredda e si solidifica,

lo stesso fanno i minerali al suo interno,
esaurendo ben presto lo spazio.

E alcuni cristalli, come la turchese,

non assumono forme riconoscibili
in gran parte delle condizioni ambientali,

perfino avendo spazio adeguato.

Ogni struttura atomica del cristallo
ha proprietà uniche,

e benché possano non aver alcun peso
nei bisogni emotivi dell'uomo,

hanno straordinarie applicazioni
nella scienza dei materiali e in medicina.