Il mistero della cristallizzazione e la teoria che non ci torna

Il mistero della cristallizzazione e la teoria che non ci torna
INFORMAZIONI SCHEDA
di

La cristallizzazione è un fenomeno fisico importante e quindi vogliamo modellizzarlo, principalmente per prevederne il comportamento. Solo che il modello ha un problema: mancano le interazioni idrodinamiche che, si è sempre pensato, potrebbero spiegare la discrepanza osservata tra i tassi di nucleazione reali e quelli simulati per alcuni sistemi.

La cristallizzazione consiste nella trasformazione di molecole disordinate (in fase liquida o gassosa) in un cristallo solido altamente ordinato (qualcuno pensa che anche il Sole subirà la stessa sorte), attraverso due fasi: la nucleazione e la crescita. La cristallizzazione avviene in una vasta gamma di materiali: metalli, composti organici e molecole biologiche. Ci sono funghi che creano dei veri e propri spettacoli grazie alla cristallizzazione. Motivo per cui è così importante. I colloidi sono costituiti da dure sfere sospese in un liquido e sono spesso usati come sistema per studiare la cristallizzazione. Tuttavia è stata osservata una grande discrepanza, fino a dieci ordini di grandezza, tra i tassi di nucleazione dei colloidi simulati e quelli misurati sperimentalmente. Mentre idealmente vorremmo che i risultati di un modello e della realtà coincidano. Questa discrepanza è stata spiegata con il fatto che le simulazioni non tengono conto delle interazioni idrodinamiche, ovvero le interazioni tra le molecole di solvente. Sarà però così? I ricercatori dell'Istituto di Scienze Industriali dell'Università di Tokyo, dell'Università di Oxford e dell'Università Sapienza hanno recentemente collaborato per verificarlo.

Grazie alla collaborazione hanno sviluppato un modello colloidale a sfere dure che possa simulare in modo affidabile il comportamento termodinamico sperimentale di sistemi a sfere dure reali. Successivamente, hanno condotto simulazioni di cristallizzazione del sistema modello sia considerando che trascurando le interazioni idrodinamiche, per chiarire l'effetto di queste interazioni sul comportamento della cristallizzazione. I risultati hanno rivelato che le interazioni idrodinamiche non influenzano il tasso di nucleazione, contrariamente a ciò che si credeva. Hajime Tanaka, uno degli autori dello studio, afferma: "Abbiamo eseguito i calcoli utilizzando il modello sviluppato con e senza considerare le interazioni idrodinamiche. I tassi calcolati di nucleazione dei cristalli erano simili in entrambi i casi, il che ci ha portato a concludere che le interazioni idrodinamiche non spiegano i tassi di nucleazione estremamente diversi ottenuti sperimentalmente e teoricamente".

I risultati sono estremamente importanti per comprendere il comportamento della cristallizzazione, ma non hanno saputo rispondere a questo mistero. Serviranno quindi ulteriori indagini, ulteriori idee e chissà, forse un nuovo modello.