Dalla metà del 1600, i chimici sono stati affascinati dalle strutture dai colori vivaci, simili a coralli, che si formano mescolando sali metallici in una piccola bottiglia, che sono chiamati con un nome insolito, giardini chimici.
Un esempio di orti chimici coltivati nel laboratorio di Oliver Steinbock, professore di chimica e biochimica alla Florida State University. Credito immagine: FSU
Fino ad ora, i ricercatori non sono stati in grado di modellare come si chiamano queste strutture tubolari apparentemente semplici giardini chimici — il lavoro e i modelli e le regole che governano la loro formazione.
In un articolo pubblicato su Proceedings of the National Academy of Sciences, i ricercatori della Florida State University presentano un modello che spiega come queste strutture crescono verso l’alto, formano forme diverse e come passano da un materiale flessibile e autorigenerante a uno più fragile. .
“In un contesto di materiali, è molto interessante”, ha detto Oliver Steinbock, professore di chimica e biochimica della FSU.
“Non crescono come cristalli. Un cristallo ha dei bei angoli acuti e cresce strato di atomo per strato di atomo. E quando si verifica un buco in un giardino chimico, si sta autoriparando. Questi sono davvero i primi passi per imparare a realizzare materiali che possono riconfigurarsi e ripararsi da soli”.
Campioni di laboratorio di chimica. Credito immagine: Chokniti Khongchum tramite Pexels, licenza gratuita
In genere, i giardini chimici si formano quando le particelle di sale metallico vengono messe in una soluzione di silicato. Il sale in dissoluzione reagisce con la soluzione per creare una membrana semipermeabile che viene espulsa verso l’alto, creando una struttura dall’aspetto biologico, simile al corallo.
Gli scienziati hanno osservato i giardini chimici per la prima volta nel 1646 e per anni sono rimasti affascinati dalle loro interessanti formazioni. La chimica è correlata alla formazione di prese d’aria idrotermali e alla corrosione delle superfici in acciaio dove possono formarsi tubi insolubili.
“La gente si è resa conto che queste erano cose strane”, ha detto Steinbock. “Hanno una storia molto lunga in chimica. È diventato più simile a un esperimento dimostrativo, ma negli ultimi 10-20 anni gli scienziati si sono nuovamente interessati a loro».
Questa immagine mostra i modelli che si formano quando un reagente (soluzione di cloruro di cobalto) viene costantemente iniettato in un altro liquido (soluzione di silicato di sodio). I modelli sono pareti sottili simili a membrane formate dal prodotto di reazione solido e creano essenzialmente una versione 2D di giardini chimici. Credito immagine: FSU
L’ispirazione per il modello matematico sviluppato da Steinbock, insieme al ricercatore post-dottorato Bruno Batista e allo studente laureato Amari Morris, è venuta da esperimenti che iniettavano costantemente una soluzione salina in un volume maggiore di soluzione di silicato tra due lastre orizzontali.
Questi hanno mostrato modalità di crescita distinte e che il materiale inizia come elastico, ma con l’invecchiamento diventa più rigido e tende a rompersi.
Il confinamento tra due strati ha permesso ai ricercatori di simulare una serie di modelli di forme diverse, alcuni simili a fiori, capelli, spirali e vermi.
Nel loro modello, i ricercatori hanno descritto come questi modelli emergono nel corso dello sviluppo del giardino chimico. Le soluzioni saline possono variare molto nella composizione chimica, ma il loro modello spiega l’universalità nella formazione.
Ad esempio, i modelli possono essere costituiti da particelle sciolte, membrane piegate o filamenti autoestensibili. Il modello ha inoltre confermato che le membrane fresche si espandono in risposta a microfratture, dimostrando le capacità di autoriparazione del materiale.
“La cosa buona che abbiamo ottenuto è che siamo entrati nell’essenza di ciò che è necessario per descrivere la forma e la crescita dei giardini chimici”, ha detto Batista.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
