Profilo di storia della mineralogia

 


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Una scoperta inattesa dovuta al microscopio polarizzante: i cristalli liquidi

 

 

Nel 1899, Lehmann scopre il comportamento particolare sotto il microscopio polarizzante del benzoato di colesterina, che mantenuto tra 145°C e178°C presenta una anisotropia unita ad una certa fluidità. Lehmann chiama cristallo liquido questa nuova fase, che si ritrova nelle altre condizioni, in particolare sulla superficie delle gocce di liquido molto viscoso (F. Grandjean). Anche F.Wallerant si interessò a queste sostanze e ne migliorò i metodi di studio.

A Ch: Mauguin è attribuita la scoperta di un fenomeno molto importante: riscaldando dei cristalli liquidi in un campo magnetico, le molecole si orientano in modo da comportarsi come un cristallo uniassico di cui l’asse ottico è parallelo alle linee di forza del campo magnetico.

Nel 1922, G. Friedel sostituisce il termine cristallo liquido con fase mesomorfa. Ray (1936), e Weygand (1948) dimostrano che lo stato di cristallo liquido compare se la molecola è piana e molto allungata.Si conoscono adesso le numerose sostanze che formano i cristalli liquidi. Per molto tempo, sono state considerate come curiosità di laboratorio, finché l’era dei computer non le ha proiettate nella piena attualità. I cristalli liquidi sono in effetti suscettibili di orientarsi sotto l’influenza di campi elettromagnetici di debole intensità, dunque di visualizzare segni o immagini sopra uno schermo. Sono adesso usati su larga scala in numerose applicazioni legate all’elettronica.

 

Altre proprietà fisiche (elettriche,magnetiche e termiche)

 

Se le caratteristiche ottiche dei minerali sono soprattutto utilizzate per la loro determinazione, in particolare per le applicazioni petrografiche, alcune proprietà possono ugualmente avere altri usi.In particolare è il caso del potere rotatorio, che ha permesso di conoscere meglio la struttura di alcuni minerali. Nel 1837, Delafosse mette in evidenza che il potere rotatorio è legato alla dissimmetria del mezzo. Il suo allievo Louis Pasteur, nel 1860, distingue due forme di meriedria di cui una soltanto è compatibile con l’esistenza del potere rotatorio. Questa proprietà sarà molto utilizzata per l’analisi degli zuccheri. Descloiseaux scopre il potere rotatorio del cinabro, F.Wallerant lo spiega nel quarzo e A. Longchambon, nel 1922,mette a punto un metodo di misura che permette di stabilire una relazione tra potere rotatorio e simmetria cristallina nei cristalli biassici

Altre proprietà fisiche sono state oggetto di numerosi studi e applicazioni: piezo o piroelettricità, proprietà che hanno alcuni cristalli di far apparire cariche elettriche sotto l’influenza di variazioni di pressione (piezoelettricità) o di temperatura (piroelettricità).Queste proprietà sono direttamente legate all’anistropia del sistema cristallino (in particolare meriedria dei sistemi romboedrico o esagonale, quarzo e tormalina). L’esistenza della piroelettricità è stata conosciuta dalla fine del XVIII° secolo (esperienze di R.J. Hauy sulla tormalina), ma è la piezoelettricità, studiata nel 1880 da Jacques e Pierre Curie, che presenta il più grande interesse pratico (vibrazione a frequenza costante sotto l’influenza di un campo elettrico, fenomeno utilizzato nei trasmettitori radio e negli orologi al quarzo).

Le proprietà magnetiche di alcuni minerali presentano ugualmente una grandissima importanza. Alcuni minerali, come la magnetite, sono molto magnetici. Essi sono dunque notevoli calamite naturali, ma le specie interessate a questo tipo di magnetismo (ferromagnetismo) rimangono relativamente rare (in assoluto, ossidi doppi a struttura spinello).In compenso quasi tutti i minerali, soprattutto quelli contenenti elementi chimici a valenza variabile,sono più o meno magnetici, ad un grado molto più debole dei minerali ferromagnetici.Il magnetismo presente in una data fase minerale scompare al di sopra di una certa temperatura (punto di Curie), ma è suscettibile di riapparire nel corso del raffreddamento, fermando la direzione del campo magnetico terrestre a quell’istante.

Si affermano gli studi paleomagnetici, che hanno avuto un ruolo essenziale per la comprensione delle modalità del manto del fondo degli oceani a partire dalle dorsali medio-oceaniche. La nozione di tettonica a placche, che ha letteralmente rivoluzionato tutte le Scienze della Terra nel corso degli ultimi cinquant’anni, è una conseguenza diretta di questi studi paleomagnetici, i quali presentano ancora molti aspetti sconosciuti (per esempio, sulle cause precise dell’inversione del campo magnetico terrestre, ripetutosi più volte nel corso dei Quaternario)

A queste proprietà elettriche e magnetiche, si devono aggiungere le proprietà meccaniche, che permettono di comprendere le modalità e la reologia delle deformazioni nei campi che non ci sono direttamente accessibili.

Le proprietà termiche sono state e continuano ad essere,oggetto di numerose applicazioni.

La conduttività termica (o la capacità termica, che le è direttamente collegata) dei minerali è un parametro essenziale, utilizzato sia per l’interpretazione dei dati geofisici (interpretazione dei flussi di calore misurato in superficie, stima del grado geotermico) che per il calcolo termodinamico degli equilibri tra fasi minerali.

Una applicazione molto importante delle misure di termicità riguarda l’analisi dei minerali argillosi, troppo piccoli e complessi per poter essere analizzati facilmente con un altra tecnica.Queste tecniche sono state generalizzate a partire dal 1930. Se si scalda un minerale idrato, si constata che esso passa attraverso fasi di disidratazione, disorganizzazione e ricristallizzazione, che si traducono con perdite di peso (analisi termoponderale), variazioni di dimensioni (analisi dilatometrica),o di calore, legate alle reazioni endo- o esotermiche (analisi termica differenziale).

Insieme alle analisi per diffrazione X, queste tecniche servono essenzialmente per lo studio dei minerali delle argille, che è un settore molto importante della geologia degli ambienti sedimentari.

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Testi del Progetto Euromin, tratti dal sito http://euromin.w3sites.net/

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