Una passeggiata fra simmetria e cristalli:
intorno a noi... ma non solo
Massimo Moret
Villa di Breme Forno - 26 gennaio 2015
2014, anno internazionale della Cristallografia
Un po’ di storia
Cos’è un cristallo ?
Le forme dei cristalli
I cristalli nella vita quotidiana
Suggerimenti
L’anno internazionale della Cristallografia
1895
1912
1913
1927
1939
.
.
Röntgen scopre accidentalmente i raggi X
Laue, Friedrich, Knipping: 1°esperimento di diffrazione di raggi X su cristallo di CuSO4.5H2O
W.H. Bragg / W.L. Bragg: NaCl, diamante, fluorite, zincoblenda, calcite, dolomite, rame
H.E. Armstrong “Poor Common Salt”
L. Pauling: The nature of the chemical bond
The X-ray is the only invention that became a regular
diagnostic tool in hospitals within a week of its first
observation by Röntgen in 1895.
Even today, X-rays are a great characterization tool at the
hands of scientists working in almost every field, such as
medicine, physics, material science, space science, chemistry,
archeology, and metallurgy. With vast existing applications of
X-rays, it is even more surprising that every day people are
finding new applications of X-rays or refining the existing
techniques.
2012
1912
cloruro di sodio
aspirina
(neuro)emoglobina umana
Penicillina G
2014, anno internazionale della Cristallografia
Un po’ di storia
Cos’è un cristallo ?
Le forme dei cristalli
I cristalli nella vita quotidiana
Suggerimenti
Lo studio dei cristalli nei secoli passati
T. Harriot (1591), J. Kepler (1611), R. Hooke (1665):
ipotesi di una struttura interna periodica tridimensionale di particelle sferoidali
N. Stensen (1669), J.B.L. Romè de Lisle (1772):
legge della costanza degli angoli diedri interfacciali
Ipotesi: disposizione interna ordinata di unità fondamentali
J. Kepler, Strena seu de nive sexangula
Francoforte sul Meno, 1611
T.O. Bergman (1773) e R.J. Haüy (1782): i cristalli derivano dall’aggregazione di unità
base di forma e dimensioni opportune
J. Dalton (1808): 1a teoria atomica dai tempi di Leucippo e Democrito
R. Hooke. Micrographia: or some
physiological descriptions of minute
bodies made by magnifying glasses with
observations and inquiries thereupon.
Londra, 1665.
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Un po’ di storia
Cos’è un cristallo ?
Le forme dei cristalli
I cristalli nella vita quotidiana
Suggerimenti
Cos’è un cristallo ?
Lo stato cristallino rappresenta il modo di aggregazione della materia nello stato solido nel 90% dei casi
Un cristallo è (sovente) formato da un poliedro delimitato da facce piane: la struttura interna è costituita
dalla ripetizione periodica per traslazione di una unità elementare (costituita da atomi, ioni, molecole)
lungo tre direzioni dello spazio.
Cella unitaria o elementare:
la più piccola unità che per ripetute traslazioni lungo tre opportune direzioni nello spazio genera il cristallo
cloruro di sodio
ternaftalene
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Cos’è un cristallo ?
Le forme dei cristalli
I cristalli nella vita quotidiana
Suggerimenti
Le forme dei cristalli
I cristalli di ghiaccio mostrano:
- simmetria esagonale
- una forma che dipende fortemente dalla temperatura di crescita
T = -1 °C
T = -10 °C
T = -5 °C
T = -7 °C
T= -13 °C
T= -15 °C
www.its.caltech.edu/~atomic/snowcrystals
K.G. Libbrecht
Ukichiro Nakaya (1900-1962)
1936 primo fiocco di neve artificiale
Quali cause determinano le forme dei cristalli ?
perché i cristalli assumono una certa “forma”?
come nascono i cristalli?
come crescono i cristalli?
tendenza al raggiungimento dell’equilibrio termodinamico tra
cristallo e ambiente per minimizzare l’energia potenziale
forza motrice per la cristallizzazione: soprasaturazione
equilibrio dinamico
Prodotto
cinetico
Prodotto
termodinamico
Equilibrio termodinamico e cinetica: Cubpp
[Cu(bpp)2Cl]Cl (2D)

più veloce (più solubile)
G
G
G
g
[Cu(bpp)3Cl2] (1D)
più stabile (meno solubile)
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Cos’è un cristallo ?
Le forme dei cristalli
I cristalli nella vita quotidiana
Suggerimenti
quarzo (G. Spezia, 1905)
silicio
www.iycr2014.it/luoghi/dipartimento-di-scienze-della-terra-torino/80
nanocristalli di anatasio (TiO2)
anatasio
Polimorfo
temp. fusione (°C)
I
II
III
IV
V
VI
20.0
25.4
27.0
30.9
33.4
37.2
cioccolato
zucchero da tavola (saccarosio)
G. Mantovani (1986)
foglia di Triticum aestivum (grano tenero)
diidrogenofosfato di potassio (KDP, KH2PO4)
Lawrence Livermore National Laboratory, Livermore, California, USA
velocità di crescita ca. 50 mm/giorno
318 kg in 52 giorni
cristalli giganti di gesso (CaSO4.H2O)
(Naica, Messico)
filmato in streaming su www.trianatech.com/
I cristalli e il corpo umano
The Gout - James Gillray (1756 – 1815)
Alvaron de la Gota e Zorry Kid
Benito Jacovitti (1923 – 1997)
I cristalli “vivono”? Per sempre?
“Der Kristall ist ein chemischer Friedhof” (L. Ružička)
-stagno (cubico, grigio, semiconduttore, 5,75 g/cm3, stabile per T < 13,2°C
-stagno (tetragonale, bianco, metallo, 7,31 g/cm3,
stabile per T > 13,2°C
Destri e sinistri: enantiomorfismo nei cristalli e nelle molecole della vita
quarzo
L. Pasteur 1848 (nascita della stereochimica)
Tratto da Disegnum (Sironi Editore)
DNA (10 nucleotidi per singolo giro dell’elica)
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Le forme dei cristalli
I cristalli nella vita quotidiana
Suggerimenti
formato pdf del libro disponibile su:
www.cristallografia.org/libro.asp
attività divulgative per l’Anno Internazionale della Cristallografia
www.iycr2014.it
www.iycr2014.org
di D. Schattschneider e W. Walker
Taschen editore
2014, anno internazionale della Cristallografia
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Suggerimenti
Aperitivo!