La crescita dei cristalli: un processo in due fasi guidato dalle loro irregolarità
(TEMPOITALIA.IT) I cristalli sono elementi fondamentali in diversi ambiti della nostra vita quotidiana, non solo come pietre preziose, ma anche come componenti essenziali in ambito tecnologico e biologico. Nonostante la loro importanza, il processo di formazione dei cristalli è stato a lungo un enigma per la scienza. Un recente studio ha portato alla luce nuove informazioni su come le molecole si staccano da una soluzione per diventare parte di un cristallo in crescita. Questa scoperta potrebbe avere implicazioni significative nella modifica della formazione dei cristalli per ottimizzare le loro proprietà.
Il ruolo delle irregolarità nella crescita dei cristalli
Le irregolarità, o difetti di dislocazione, sono deviazioni che permettono ai cristalli di deformarsi sotto l’azione di forze di taglio. Gli scienziati dell’Università di Houston hanno scoperto che il tasso di crescita dei cristalli è fortemente influenzato dalla reazione chimica tra il soluto e queste irregolarità. In pratica, le molecole in soluzione si legano ai cristalli proprio attraverso queste irregolarità.
La scoperta del processo in due fasi
Il team di ricerca di Houston ha analizzato in dettaglio le reazioni di quattro solventi nei siti di irregolarità, scoprendo che il legame di una molecola di soluto a un’irregolarità avviene in due fasi distinte. Inizialmente, la molecola perde parte del suo guscio di solvente e si lega all’irregolarità attraverso legami temporanei. Successivamente, questi legami vengono rotti e la molecola si sposta sull’irregolarità.
La formazione del legame preliminare
Nella prima fase, si forma un legame preliminare tra la molecola di soluto e l’irregolarità, ma questo deve essere rotto prima che l’incorporazione finale possa avvenire. Questo processo, apparentemente controintuitivo, è stato oggetto di studio per oltre 60 anni senza una chiara comprensione del meccanismo chimico sottostante.
Le implicazioni della scoperta
Gli autori dello studio hanno osservato che le molecole vengono incorporate nel cristallo molto più lentamente di quanto il solvente le fornisca, indicando la presenza di una barriera di attivazione. Questa barriera non si verifica quando i cristalli crescono dal gas, suggerendo che è un prodotto dei gusci nel solvato. I legami tra il soluto e il solvente devono essere rotti per permettere la crescita del cristallo.
Il ruolo dello stato intermedio
Lo stato intermedio prima che le molecole si spostino sull’irregolarità è determinante per la velocità di crescita del cristallo. Questa scoperta sfida l’idea dominante nel campo della crescita dei cristalli, che attribuiva la barriera di attivazione alle interazioni nella soluzione prima degli incontri con il cristallo.
La sfida alle idee precedenti
Ironia della sorte, l’idea dominante sfidata da questa scoperta era stata proposta dal supervisore del dottorato del professor Vekilov, AA Chernov, decenni fa. Gli autori riconoscono che alcuni cristalli possono crescere in un processo in un’unica fase, ma suggeriscono che questo è limitato a soluti ad alta simmetria e di dimensioni comparabili al solvente.
Per arrivare a queste conclusioni, gli autori hanno utilizzato tecniche avanzate come la diffrazione a raggi X, la spettroscopia di assorbimento e la microscopia a forza atomica in situ risolta nel tempo, che permette di risolvere oggetti a scala quasi molecolare. Lo studio è stato pubblicato nelle Proceedings of the National Academy of Sciences. (TEMPOITALIA.IT)
