Metalli come fiocchi di neve

Sulla rivista Science è riportato che alcuni metalli, opportunamente trattati, danno luogo a reticoli cristallini analoghi a quelli dei fiocchi di neve. In realtà i fiocchi di neve sono costituiti da cristalli il cui le molecole di acqua occupano determinate posizioni all’interno del reticolo cristallino. I  fiocchi di neve si formano attraverso un processo chiamato nucleazione, in cui le molecole d’acqua si uniscono, generalmente attorno a un granello di polvere o polline,  per creare un cristallo di ghiaccio.

La cosa straordinaria è che non ve ne sono due esattamente uguali. La formazione dei cristalli è influenzata dalle condizioni ambientali come temperatura, umidità e concentrazione delle molecole d’acqua nell’aria .

Formazione

Un cristallo di neve si forma nelle nubi che sono masse di aria sovrassature di umidità quando il vapore acqueo  si trasforma direttamente in ghiaccio senza prima diventare acqua liquida. Questo passaggio di stato è detto brinamento. La dimensione e la forma del fiocco di neve sono determinate dalla temperatura e dall’umidità delle nuvole ma le molecole si uniscono l’una all’altra in una struttura esagonale.

Dopo la formazione di questa struttura esagonale il cristallo tenderà a scendere o a risalire all’interno della nube dove altro vapore darà luogo a brinamento con conseguente aumento delle sue dimensioni. In genere il fenomeno avviene in corrispondenza degli spigoli.

Al variare delle condizioni di temperatura e umidità, si ottengono altri prismi esagonali oppure delle strutture ramificate. Se le temperature all’interno della nuvola sono più calde o se l’umidità all’interno della nuvola è bassa, il fiocco di neve ha la forma di un prisma esagonale semplice e liscio. Se l’umidità è alta, a seconda della temperatura si hanno strutture diverse: in particolare tra -22°C e – 16 °C la forma è quella di una stella

Struttura cristallina dei metalli

Studi condotti, con l’impiego di raggi X, hanno mostrato che i metalli sono tipici solidi cristallini.

In particolare, è risultato che le strutture cristalline più comuni dei metalli sono le seguenti:

• cubica a facce centrate in cui ogni ione metallico è a diretto contatto con altri dodici ioni uguali come ad esempio l’oro, il rame e il piombo
• cubica a corpo centrato, in cui ogni ione è a diretto contatto con altri otto ioni uguali come ad esempio il litio, il sodio e il potassio
• esagonale compatta in cui ogni ione del metallo è a diretto contatto con altri dodici ioni uguali come il magnesio

La scoperta

Dopo aver riscaldato una lega di gallio–zinco a 350°C e averla lasciata raffreddare per 10 giorni, nel gallio liquido lo  zinco  ha formato nanostrutture esagonali simmetriche

Il gallio è un metallo molto tenero da poter essere tagliato con un coltello ed ha una temperatura di fusione di circa 30°C quindi si presenta liquido a una temperatura di poco superiore a quella ambiente.

La scelta del gallio non è casuale infatti per il suo basso punto di fusione è in grado sia di dissolvere molti altri metalli che di organizzarsi liberamente allo stato liquido.

Nell’esperimento la lega zinco-gallio è stata trattata a 350°C a diverse pressioni e fatta raffreddare a temperatura ambiente. Si è così scoperto che lo zinco cristallizzava in strutture simmetriche ed esagonali che ricordano fiocchi di neve.

Alla luce di questa scoperta si ritiene che si possano fare ricerche sulle applicazioni del gallio e di altri metalli come il mercurio che è liquido a temperatura ambiente