Le meraviglie dei cristalli di ghiaccio

Anche se lo scorso mese di dicembre la neve si รจ fatta desiderare, apriamo il 2016 con un articolo su un fenomeno tanto scontato quanto affascinante: la simmetria dei cristalli di ghiaccio.

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Il ghiaccio come minerale

Il ghiaccio puรฒ essere considerato un minerale a tutti gli effetti. So che molti di voi faranno fatica a digerire questa affermazione, ecco perchรฉ iniziamo chiarendo il concetto di “minerale”.

Un minerale รจ un solido inorganico dalla composizione chimica ben definita e che si presenta in forma di cristalli. Un cristallo รจ un oggetto composto da atomi, molecole o ioni disposti secondo una precisa disposizione geometrica. Questa proprietร  รจ fondamentale perchรฉ spiega il motivo per cui i cristalli sono cosรฌ regolari: la regolaritร  della loro struttura microscopica induce una regolaritร  anche in quella macroscopica, che viene definita “abito cristallino”.

Esempi di cristalli naturali

Esistono in natura migliaia di minerali diversi, alcuni dalle fome davvero notevoli. Vale quindi la pena di vedere qualche esempio prima di trattare il ghiaccio.

Leucite, un minerale molto comune nelle lave di Lazio e Campania (Di Aangelo – Opera propria, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3099389)
Quarzo ialino (Di Didier Descouens – Opera propria, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6494817)
Cristallo cubico di pirite (Di DidierDescouens – Opera propria, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=7011329)
Diamante grezzo in forma ottaedrica (Di Parent Gรฉry – Opera propria, Pubblico dominio, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6082597)

Nessuna di queste pietre e stata tagliata: si sono formate cosรฌ e cosรฌ sono state trovate.

La forma dei cristalli di ghiaccio

Il ghiaccio non รจ altro che acqua nella sua forma solida, che sul nostro pianeta รจ relativamente rara e si puรฒ trovare solo in determinate stagioni (inverno) o luoghi (alta montagna o regioni polari). Fra l’altro l’acqua รจ l’unica sostanza nota che รจ meno densa allo stato solido rispetto a quello liquido: infatti il ghiaccio galleggia sull’acqua, al contrario di una barra di ferro che invece va a fondo se posta in un crogiolo di ferro fuso. Infatti la massima densitร  per l’acqua non si ha nel ghiaccio ma nell’acqua liquida alla temperatura di 4ยฐC.
Questo fenomeno รจ legato alla cristallizzazione dell’acqua: quando essa solidifica le molecole d’acqua assumono una disposizione ben precisa che di base richiama gli esagoni laterarli.

Ciรฒ รจ possibile perchรฉ una molecola d’acqua ha la seguente forma:

Schema di una molecola d’acqua (Di Water_molecule_dimensions.svg: Booyabazookaderivative work: Neq00 (talk) – Water_molecule_dimensions.svg, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=15705157)

La polaritร  della molecola รจ provocata dal fatto che l’atomo di ossigeno รจ molto piรน grande rispetto a quelli di idrogeno, quindi ha una capacitร  molto superiore di attirare a sรฉ gli gli elettroni degli altri due atomi (in chimica si dice che l’ossigeno รจ piรน “elettronegativo” dell’idrogeno), accumulando le cariche negative dal suo lato e lasciando scoperte le cariche positive degli idrogeni. La distanza tra idrogeno e ossigeno indicata in figura รจ di 95,84 picometri, cioรจ 0,00000009584 millimetri, tanto per farvi capire quanto sia piccola una molecola d’acqua (un picometro equivale a un miliardesimo di millimetro). Il risultato รจ una molecola neutra nel complesso ma con un lato positivo e uno negativo.

Duranta la cristallizzazione del ghiaccio le cariche positive si orientano verso quelle negative e viceversa, creando una rete di esagoni come quella vista poco fa. Per questol’acqua forma sempre cristalli di forma esagonale, ma la cristallizzazione รจ un processo casuale e quindi sebbene la base sia sempre la forma geometrica nota come esagono, รจ impossibile che si formino due cristalli uguali: se ne possono trovare di simili, ma mai di uguali. Dato che durante ogni nevicata piovono milioni di fiocchi di neve formati da questi cristalli, pensate quanto possa essere vasta la varietร  di forme di cui stiamo parlando: eccessiva anche solo da immaginare.

Esempi di cristalli di ghiaccio

Vediamo alcuni esempi di spettacolari cristalli di ghiaccio: che ho trovato in rete:

Di Wilson Bentley – Plate XIX of “Studies among the Snow Crystals … ” by Wilson Bentley, “The Snowflake Man.” From Annual Summary of the “Monthly Weather Review” for 1902., Pubblico dominio, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=22130

Naturalmente รจ impossibile mettere in questo articolo tutte le forme possibili, perchรฉ sono infinite.

La neve dovrebbe arrivare anche quest’anno, sebbene con un po’ di ritardo, non ci resta che attendere i primi fiocchi.

Ivan Berdini

Zoologo e appassionato di fotografia