Che cosa sono i cristalli?

Che cosa sono i cristalli?

Che cosa sono i cristalli?

23 Febbraio 2016 0 commenti

Che cosa sono i cristalli?

Il termine cristallo fu usato dapprima per il quarzo, detto cristallo di rocca, che era appunto ritenuto dagli antichi acqua solidificata. I cristalli sono corpi solidi, omogenei e anisotropi per almeno qualcuna delle loro proprietà fisiche, in contrasto con i corpi amorfi, che sono isotropi; essi sono caratterizzati da una regolare struttura interna, cioè da una disposizione spaziale ordinata delle particelle materiali (atomi e ioni) che li compongono.

I cristalli possono assumere spontaneamente, in condizioni genetiche favorevoli, una propria forma poliedrica, che è la manifestazione esterna dell’intima struttura e costituisce uno dei più pratici mezzi di riconoscimento e di studio delle sostanze cristallizzate. La forma esterna poliedrica non è tuttavia essenziale per definire un cristallo: infatti la regolare struttura e la conseguente anisotropia permangono anche quando tale forma è impedita nel corso dello sviluppo dei cristalli oppure viene alterata o distrutta per cause esterne, meccaniche o chimiche.

I cristalli sono porzioni di materia allo stato solido cristallino, che è il vero stato solido della materia (lo stato amorfo, vetroso o colloidale, è uno stato metastabile: i vetri ed i colloidi tendono infatti a cristallizzare lentamente).

Modi di cristallizzazione

Una sostanza può assumere lo stato solido cristallino in vari modi:

  1. cristallizzazione per raffreddamento dallo stato fuso, di cui si hanno esempi nei cristalli delle rocce eruttive che derivano dalla solidificazione di un magma, nei cristalli di zolfo che si possono ottenere per raffreddamento da zolfo fuso, ecc.;
  2. cristallizzazione per sublimazione, cioè per diretto passaggio ‘dallo stato gassoso allo stato solido, mediante rapido abbassamento di temperatura (per esempio il ghiaccio che si forma per condensazione del vapor acqueo sui vetri freddi delle finestre, i fiori di zolfo ottenuti per distillazione, ecc.); per sublimazione si formano la neve, la brina ed i minerali delle fumarole e delle solfatare, derivanti da emanazioni gassose di origine vulcanica;
  3. cristallizzazione per soprassaturazione da una soluzione, quale quella dei cristalli di salgemma, di gesso, di sali vari di magnesio e di potassio, che si originano per evaporazione e concentrazione di acque marine in bacini chiusi. Da soluzioni calde di origine magmatica (soluzioni idrotermali) si depositano i cristalli di solfuri e solfosali dei filoni metalliferi. Da soluzioni di bicarbonato di calcio precipitano, in seguito a perdita di anidride carbonica, i cristalli di carbonato di calcio delle stalattiti e dei travertini.

Leggi dei cristalli

La formazione di un cristallo da una soluzione, da una massa fusa o da un vapore prende inizio da un germe cristallino: l’accrescimento avviene per successivi apporti di particelle materiali in strati paralleli. La velocità di accrescimento dei cristalli è una proprietà vettoriale a carattere discontinuo, variabile cioè in modo discontinuo con la direzione: conseguenza fondamentale di tale fatto è la forma poliedrica dei cristalli. Quando i cristalli, in condizioni favorevoli di sviluppo, assumono forme di poliedri geometrici, si possono riconoscere in essi gli elementi geometrici propri dei poliedri: facce, spigoli, vertici. Le facce sono porzioni di piani, spesso speculari, di forma varia; gli spigoli sono le linee di intersezione tra due facce contigue; i vertici sono i punti di incontro di tre o più facce contigue. La relazione di Eulero: F + V = S + 2 (in cui F = facce; V = vertici; S = spigoli) vale anche per i poliedri cristallini.

Solo in casi eccezionali i cristalli naturali ed artificiali assumono forme di poliedri geometrici regolari; essi hanno in genere l’aspetto di poliedri sproporzionati, per la maggior ampiezza di alcune facce rispetto alle altre. Numerosi sono infatti i fattori che ne ostacolano il libero e regolare sviluppo: cristallizzazione troppo rapida, movimenti del mezzo nel quale avviene la cristallizzazione, ostacolo da parte di porzioni già solide, ecc.

Tuttavia, nonostante il diverso sviluppo delle facce, si possono riconoscere nei cristalli sproporzionati gli elementi omologhi a quelli dei corrispondenti poliedri regolari. Una delle leggi fondamentali dei cristalli è la legge della costanza dell’angolo diedro; intravista dal senese Vannoccio Biringuccio (sec. XVI), accennata dal danese N. Stenone e dal bolognese D. Guglielmini (sec. XVII), questa legge fu enunciata dal francese J.-B. Romé de l’Isle (sec. XVIII). Secondo tale legge «in tutti i cristalli della stessa sostanza, nella stessa modificazione di stato solido, gli angoli diedri omologhi sono uguali e costanti, a temperatura costante». Come importante conseguenza si ha che, per definire la forma di un cristallo, si può prescindere dalla forma e dalle dimensioni delle sue facce, limitandocisi a stabilire la loro posizione relativa, definita dagli angoli diedri che esse formano incontrandosi. Inoltre, poiché gli angoli diedri non variano quando le facce vengano spostate parallelamente a se stesse, si potrà sempre ottenere da un cristallo sproporzionato un cristallo modello, cioè una forma poliedrica regolare, immaginando di trasportarne le facce, parallelamente a se stesse, sino a dare ad esse lo stesso sviluppo.

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