LO STATO CRISTALLINO
Un cristallo è
un solido geometrico con facce, spigoli e vertici che si
origina per regolare accrescimento di una struttura tridimensionale elementare
di dimensioni infinitesime: la cella elementare. In essa le particelle
(atomi, ioni o molecole) sono disposte in maniera ordinata e sono vincolate in
una posizione fissa, intorno alla quale possono soltanto vibrare e oscillare
senza alcuno spostamento reale. La cella elementare rappresenta
geometricamente il più piccolo insieme di atomi, ioni o molecole che si ripete
nelle tre dimensioni nello spazio e che genera un reticolo spaziale che prende
il nome di reticolo cristallino. In questo si riconoscono i nodi,
che sono i punti occupati dalle particelle, i filari che sono gli
allineamenti lungo i quali le particelle si susseguono a distanze fisse e sono
separate da spazi vuoti e i piani reticolari, formati da più filari posti ad
uguale distanza. Il reticolo cristallino si può immaginare formato da tanti piani
reticolari paralleli disposti alla stessa distanza. L'esempio riportato in
figura 4.4. si riferisce al salgemma che corrisponde al composto chimico cloruro
di sodio. Questo presenta una delle strutture interne più semplici; la cella elementare
ha forma cubica con ai vertici quattro ioni Na+ e quattro ioni Cl-,
disposti alternativamente e legati tra loro dalla forza di attrazione
elettrostatica. Nel sale questa cella ha forma cubica con ioni solo ai vertici,
ma in altri minerali la cella può avere altre forme e presentare atomi, ioni o
molecole anche al centro delle facce e all'interno; in quest'ultimo caso si
tratta di celle elementari che, anziché affiancate, sono compenetrate una
nell'altra.
L'esistenza di
particelle diverse per struttura e dimensioni dà origine a reticoli cristallini
diversi; anche le forme degli abiti cristalli, di conseguenza sono molteplici e
molto complesse.
Quando
pensiamo ad un cristallo, di solito ci viene in mente un solido di discrete
dimensioni e dalla forma geometrica perfetta; ma in natura è molto raro che i
cristalli si presentino in questo modo: Sovente i cristalli sono così piccoli
che occorre la lente o addirittura il microscopio per osservarli. Inoltre non
sempre si ha il cristallo tipo, cioè il cosiddetto cristallo proporzionato. Gli
ostacoli materiali che impediscono un accrescimento uniforme del cristallo sono
molteplici, per cui si ritrova un minerale in cristalli sproporzionati,
cresciuti cioè in maniera diversa nelle tre dimensioni nello spazio nei quali
si nota uno sviluppo maggiore di alcune facce rispetto ad altre. Ma qualunque
sia l'aspetto esteriore dei cristalli, se essi sono della stessa specie
chimica, hanno una caratteristica comune, importantissima che permette di
identificarli e classificarli.
Tale
caratteristica fu notata dal danese Nicola Stenone più di 300 anni fa.
Egli si accorse che in tutti i cristalli di indeterminato minerale gli
angoli diedri corrispondenti (cioè formati da facce dello stesso tipo), hanno
un valore costante a temperatura costante. Fu questa scoperta che fece
pensare ad un ordine interno delle particelle costituenti il cristallo (ancora
non si conoscevano gli atomi), ma si dovette aspettare fino al 1915 perché due
fisici inglesi, W. H. Bragg e W. L. Bragg (padre e figlio), usando i raggi X,
determinassero la struttura del sale da cucina.
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