Sale di Rochelle: ferroelettricità, cristalli piezoelettrici
Nella seconda metà del XVII secolo nella cittadina francese di La Rochelle il farmacista Pierre Seignette preparò un sale doppio a cui fu dato il nome di sale di Rochelle avente formula KNaC4H4O6· 4H2O e nome potassio sodio tartrato tetraidrato.
Scarsamente solubile in acqua e debolmente solubile in alcol il sale di Rochelle si presenta sotto forma cristallina di colore che va dal bianco al blu e può essere preparato mescolando il carbonato di sodio con una soluzione di tartrato acido di potassio in rapporto 1:2.
Inizialmente fu utilizzato in campo medico per le sue blande qualità lassative e solo successivamente ne furono scoperte le potenzialità.
Nel 1920 infatti il fisico J. Valasek scoprì, sul sale di Rochelle, il fenomeno della ferroelettricità ovvero quella proprietà di cui godono alcuni materiali solidi che presentano una polarizzazione elettrica in assenza di campo elettrico.
Questi materiali sono polarizzati con l’applicazione di un campo elettrico, e mantengono la polarizzazione anche dopo lo spegnimento del campo stesso. Quando un materiale è polarizzato, al variare del campo esterno si ha un ciclo di isteresi fenomeno per il quale il valore assunto da una grandezza dipendente da altre è determinato, oltre che dai valori istantanei di queste ultime, anche dai valori che avevano assunto in precedenza.
Il sale di Rochelle ha resistenza meccanica piuttosto scarsa, è igroscopico atto ad assorbire acqua e si decompone ad una bassa temperatura di circa 55°C. Tuttavia, la proprietà più interessante del sale di Rochelle è che presenta due punti Curie, uno a +24°C, chiamato temperatura Curie superiore, e l’altro a -18°C, chiamato temperatura Curie inferiore. Le fasi paraelettriche non polari per T > +24°C e per T < −18°C sono ortorombiche. La fase ferroelettrica polare, che si verifica nell’intervallo di temperatura compreso tra −18°C e +24°C, è monoclina
Cristalli piezoelettrici
I materiali ferro-elettrici possono essere resi piezoelettrici attraverso il fenomeno della polarizzazione se presentano cristalli privi di centro di simmetria. Infatti la condizione necessaria affinché si verifichi il fenomeno della piezoelettricità è l’anisotropia del materiale.
I cristalli piezoelettrici, generano una tensione elettrica a causa di una deformazione meccanica di natura elastica e, viceversa, si deformano elasticamente se sottoposti all’azione di un campo elettrico. I cristalli piezoelettrici sono dunque in grado di convertire energia elettrica in meccanica e viceversa.
In generale, i cristalli piezoelettrici presentano quindi diversi assi polari disposti in direzioni tali da compensarsi in modo che non risulti un momento polare netto.
Il sale di Rochelle, insieme al quarzo è uno dei materiali che presenta le maggiori proprietà piezoelettriche; tra i cristalli di origine naturale si annoverano anche il topazio, la tormalina e il saccarosio, ma sono sintetizzati numerosi composti che esibiscono la stessa proprietà come il tantalato di litio LiTaO3, il niobato di litio LiNb3, il titanato di piombo PbTiO3 e il titanato di bario BaTiO3.
Applicazioni del sale di Rochelle
Le applicazioni dei materiali piezoelettrici sono numerosissime e spesso curiose. Ad esempio a Rotterdam vi è una discoteca ecologica autosufficiente da un punto di vista energetico. Sul pavimento della discoteca sono infatti installati cristalli piezoelettrici che producono energia quando sono compressi o fatti vibrare dalle persone che vi ballano sopra.
Tra i vari usi si ricordano gli orologi al quarzo, gli accendini e gli accendigas, strumenti sismici e microfoni, ma anche in campo medico le sonde ecografiche i litotritori.
Il sale di Rochelle è quindi utilizzato nei:
- trasduttori, dispositivi in grado di trasformare una forma di energia in un’altra, come i risonatori elettromeccanici
- pickup fonografici oltre ce nei generatori ultrasonici e nei microfoni.
Il sale di Rochelle può essere usato anche in altri campi come ad esempio:
- per lucidare l’argento e per l’argentatura degli specchi
- come additivo negli alimenti noto come E337
- correttore dell’acidità
- insieme al carbonato di ammonio in pasticceria
- per la ramatura del ferro
- nel saggio di Fehling per verificare la presenza di zuccheri riducenti o aldeidi.
