SINTESI DI OPALE
“E’ la più bella gemma che splende come fuoco
del granato, porpora brillante dell’ametista ed il
colore verde mare dello smeraldo, tutti
scintillanti insieme, una incredibile unione”.
PLINIO IL VECCHIO
L’opale (SiO +nH O) ,minerale amorfo(va considerato come una sostanza
liquida ad altissima viscosità,quindi non può modificare la propria forma),è
composto da microscopiche sfere di silice,immerse in un gel a sua volta di
silice, le quali particelle, a causa di repentini raffreddamenti e
compressioni esercitate, si dispongono in reticolati ordinati. Ogni opale
irradia lampi di colori sgargianti se colpiti da luce (tale peculiarità è detta
OPALESCENZA,infatti “opale” deriva dal termine latino “opalus” che vuol
dire “vedere un cambiamento di colore”). Tale fenomeno avviene poiché
la luce viene diffratta,rifratta e riflessa dalle particelle riproducendo tutti i
colori dello spettro a noi visibile.
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Tuttavia ogni opale possiede un proprio colore dominante determinato
dalle dimensioni delle microsfere:quelle di grandezza maggiore originano
un colore rosso, poco a poco che decrescono,invece, originano un colore blu.
Attualmente l’uomo riesce a sintetizzare l’opale in
laboratorio. Lo scopo è il miglioramento della
conoscenza sui materiali naturali, tentando così di poter
applicare determinati fenomeni propri della natura alla
nostra vita quotidiana (utilizzando l’opalescenza, si
potrebbero costruire dispositivi funzionanti con lampi di
luce e non più con elettroni). Intanto però è necessario
che si comprenda esattamente il comportamento della
luce all’interno dei cristalli fotonici dell’opale.
La prima fase dell’esperimento constata nella sintesi in
laboratorio del’ ”La regina di tutte le gemme”, come
Shakespeare definì l’opale. L’obiettivo è la costruzione di
una nanostruttura che sia molto simile a quella naturale;
l’ultima fase è la visione della struttura tramite l’utilizzo
del microscopio elettronico SEM.
IN LABORATORIO:
Prima fase:
- polimerizzazione(s’intende il processo con cui piccole
molecole,monomeri, si legano tra loro per formare una
grossa molecola,polimero) a temperatura costante e
controllata(70-80°C ) di 3mL di metilmetacrilato che viene
introdotto in un pallone con refrigerante in vetro
all’interno del quale si trovano 16mL di H2O già portata
alla temperatura di 70-80°C. La grandezza delle sfere
prodotte dipende dalla temperatura che viene
mantenuta e dalla loro concentrazione. In fine si
aggiungono 0.016g di metilpropionamide il quale è un
“attivatore” che serve a dare inizio alla reazione che
porterà alla polimerizzazione. Dopo 40 minuti si può
porre parte della soluzione in provette e porle in
centrifuga a 5000 giri/minuto per 15 minuti. Rimossa
l’acqua di scarto dalle provette e fatte opportunamente
essiccare, si ottengono irridescenze che variano al
modificarsi dell’inclinazione della provetta alla luce.
FORMULA CHIMICA FINALE:
• Il polimetilmetacrilato (PMMA) è una
materia plastica composta da una serie di
polimeri di metacrilato di metilene
ottenuti da una polimerizzazione
radicalica;
H
POLIMERAZIONE RADICALE
CH3
C
CH3
[
C
H
C
CH2
]n
C
O
C
O
O
CH3
metilmetacrilato
CH3
polimetilmetacrilato
O
Che cosa è una polimerizzazione
radicalica?
Una polimerizzazione radicalica è una diversa
tipologia di polimerizzazione a catena, così
definita perché ogni passaggio dipende da quello
precedente. Il meccanismo della polimerizzazione
radicalica prevede la formazione di radicali liberi
a partire da un iniziatore radicalico(molecola che
si decompone tramite una reazione omolitica di
un legame). Nel processo di propagazione, che
segue quello di attivazione in ogni
polimerizzazione, il radicale reagisce con un altro
monomero, costruendo infine una catena di
monomeri legati che prende il nome di polimero.
Alle prese con il SEM:
microscopio elettronico a
scansione.
Un microscopio elettronico utilizza come fonte di luce un fascio di
elettroni, differenziandosi così da quello ottico. Esistono due tipi di
microscopi elettronici : a trasmissione e a scansione(SEM). Nel SEM
gli elettroni non attraversano il campione da esaminare, come invece
avviene in quello a trasmissione, ma sono riflessi dalla superficie del
campione. Tale microscopio è dotato di un potere di risoluzione pari a
circa 10nm(inferiore rispetto a quello a trasmissione che è di circa
0.2nm) ma è in grado di fornire rappresentazioni tridimensionali.
Nella seconda fase dell’esperimento si è potuto
osservare il risultato della sintesi degli opali in
laboratorio utilizzando il SEM, constatando che
la nanostruttura degli opali sintetici era quanto
più simile a quella naturale; si osservò,infatti,
che le particelle si erano disposte in modo
assolutamente ordinato formando file di
esagoni perfetti.
Così si conclude la nostra esperienza in
laboratorio caratterizzata da pazienza,
precisione e passione; ci siamo divertite a
metterci alla prova con una materia di
studio,quale la chimica, che per la maggior
parte di noi era stata conosciuta come
materia esclusivamente teorica.
Alla fine ,anche se con qualche incidente di
percorso soprattutto con la bilancia
elettronica analitica, possiamo affermare che
l’esperimento è riuscito.
”Quando la natura finì di dipingere i fiori, di colorare gli arcobaleni e di tingere le
piume degli uccelli, ripulì la tavolozza dei colori e li mescolò negli opali”.
Du Ble.
Esperienza opali:
Sacchi Diana, III A, Liceo Classico E. Montale, San Donà di Piave, Venezia.