CcL 02 - La cristallografia nella scienza dei materiali - Parte 2

Testo completo

(1)Asbesto Nome. Nome comune. Formula chimica. Note. Crisotilo. Amianto bianco. Mg3Si2O5(OH)4. dal greco: "fibra d'oro". Amosite. Amianto bruno. (Mg,Fe)7Si8O22(OH)2. acronimo di "Asbestos Mines of South Africa", nome commerciale dei minerali grunerite e cummingtonite). Crocidolite. Amianto blu. Na2Fe2+3Fe3+2Si8O22(OH)2. dal greco: "fiocco di lana", varietà fibrosa del minerale riebeckite. Balangeroite. (Mg,Fe3+,Fe2+,Mn2+)42Si16O54(OH)40. da Balangero, località in Provincia di Torino, in cui veniva estratto. Tremolite. Ca2Mg5Si8O22(OH)2. dal nome della Val Tremola, in Svizzera. Antofillite. (Mg,Fe)7Si8O22(OH)2. dal greco: "garofano". Actinolite. Ca2(Mg,Fe)5Si8O22(OH)2. dal greco: "pietra raggiata". In natura è un materiale molto comune. La sua resistenza al calore e la sua struttura fibrosa lo rendono adatto come materiale per indumenti e tessuti da arredamento a prova di fuoco. L'amianto è stato utilizzato fino agli anni ottanta per produrre la miscela cemento-amianto (il cui nome commerciale era Eternit) per la coibentazione di edifici, tetti, navi, treni, come materiale per l'edilizia, nelle tute dei vigili del fuoco, nelle auto, ma anche per la fabbricazione di corde, plastica e cartoni. Inoltre, la polvere di amianto è stata largamente utilizzata come coadiuvante nella filtrazione dei vini.. Le eccezionali proprietà legate alla struttura ed alla microstruttura (in particolar modo le dimensioni delle fibre, l’abito asbestiforme e l’attività superficiale) sono la causa principale della tossicità a seguito di inalazione dell’asbesto Cristallografia con laboratorio - a.a. 2018-2019.

(2) Asbesto  Le dimensioni delle fibre sono state collegate con la carcinogenicità dei minerali..  Secondo Stanton et al. 1981, le fibre con  < 0.25 m e L > 4 m sono quelle più. pericolose perché hanno maggiore probabilità di essere inalate (Hp di Stanton).  Oggi si ritengono più pericolose (normate) le fibre con L > 5 m e rapporto L / > 3. Fibra corta e di piccolo diametro = fagocitosi completa. Fibra corta e di grande diametro = fagocitosi completa. Fibra lunga e di grande diametro (ex MMVF) = no fagocitosi. Fibra lunga e di piccolo diametro = fagocitosi parziale = infiammazione e morte del macrofago.

(3) Asbesto. Rilascio di sostanze da parte dei macrofagi a seguito della fagocitosi di particelle tossiche: -Specie ossidanti attive (sovrapproduzione di ossigeno). Radicali liberi possono essere prodotti attraverso una reazione tipo Fenton nella quale O2- reagisce con la forma ossidata di un metallo come il ferro (Fe3+) causando la riduzione del metallo e la generazione di O2. Fe2+ così generato reagisce con H2O2 ritornando allo stato iniziale e formando OH- e OH. Fe2+ + H2O2  Fe3+ + OH + OHQueste sostanze ossidanti possono danneggiare (perossidazione) le membrane cellulari, neutralizzare l’attività delle proteine extracellulari e danneggiare il DNA.. Cristallografia con laboratorio - a.a. 2018-2019.

(4) Asbesto. --1m. Autopsia di polmone umano: fibre di asbesto coperte da concrezioni ferruginose di ferritina ed emosiderina. Cristallografia con laboratorio - a.a. 2018-2019.

(5) Asbesto: effetti sull’organismo Le dimensioni (anche << 1 μm di diametro) sono tali che le fibre possano sfuggire al filtro operato dalle mucose nasali e raggiungere i polmoni. Il corpo estraneo può restare indefinitamente conficcato nei tessuti polmonari, creando un centro di possibile sviluppo delle malattie associate all’esposizione ad amianto: asbestosi: malattia cronica professionale dell’apparato respiratorio, insorge dopo 10-15 anni dall’esposizione medio alta ad amianto; si tratta di una fibrosi con ispessimento e indurimento del tessuto polmonare e conseguente difficoltà di scambio di ossigeno tra aria inspirata e sangue carcinoma polmonare: grave malattia dell’apparato respiratorio che può insorgere anche per basse esposizioni ad amianto (ma non solo…) e dopo periodi molto lunghi, (fino anche a 40 anni). mesotelioma: raro tumore che colpisce le membrane sierose del rivestimento polmonare (pleura); anche basse dosi di esposizione ad amianto possono sviluppare questa patologia che si manifesta dopo un lungo periodo, dai 20 ai 40 anni. Si è indicato il livello di esposizione critico come alto, medio o basso, ma è il caso di ricordare che, in teoria, non esiste un valore di soglia per il rischio neoplastico. Cristallografia con laboratorio - a.a. 2018-2019.

(6) Struttura dei Fillosilicati. Cristallografia con laboratorio - a.a. 2018-2019.

(7) Fillosilicati. Sequenza di impilamento: Yellow = (OH). Serpentino: Mg3 [Si2O5] (OH)4 FogliT e fogli O triottaedrici (Mg2+). (OH) al centro di anelliT legami van der Waals fra fogli T-O. T O - vdw T O - vdw T O.

(8) Caolinite. Fillosilicati: misfit. Esiste un misfit dimensionale (stress) fra lo strato ottaedrico brucitico (aid=5.4 Ă e bid=9.4 Ă e quello tetraedrico (aid=5.0 Ă e bid=8.7 Ă) “parzialmente”compensato dall’incurvamento degli strati I tetraedri sono ruotati (secondo direzioni opposte indicate, dalle frecce) attorno ad assi normali allo strato. La simmetria degli anelli a sei tetraedri passa da esagonale a trigonale Cristallografia con laboratorio - a.a. 2018-2019.

(9) Fillosilicati asbestiformi. Cristallografia con laboratorio - a.a. 2018-2019.

(10) Fillosilicati asbestiformi. Cristallografia con laboratorio - a.a. 2018-2019.

(11) Fillosilicati asbestiformi. Serpentino. Nagby and Faust (1956) Am. Mineralogist 41, 817-836.. Veblen and Busek, 1979, Science 206, 1398-1400.. S = serpentine T = talc. Le indaginiTEM hanno permesso di chiarire il paradosso di fillosilicati absestiformi Cristallografia con laboratorio - a.a. 2018-2019.

(12) Asbesto Inalato. Silice Inalata. INTERAZIONE FIBRA-ORGANISMO. INTERAZIONE SiO2 CRISTALLINAORGANISMO. Macrofagi o neutrofili fagocitano la fibra In risposta rilasciano nell’ambiente extra-cellulare O2-, sostanze ossidanti, cytokine (ex TNF-a), enzimi, ●OH e Fe (attività infiammatoira) Si indicono fenomeni di ossidazione, catalisi, produzione di radicali liberi, ed in genreale vengono indotte malformazioni nelle cellule, o un «iperfunzionamento» delle cellule epiteliali, mesoteliali e/o fibroblasti.. Inizio della malattia • Asbestosi (formazioni reticolo-nodulari nelle vie respiratorie medie-basali) • Tumore al polmone • Mesotelioma (tumore della pleura. SIO2 amorfa è inattiva. Inizio della malattia • Silicosi (formazioni nodulli nelle vie respiratorie superiori) • Cancro al polmone.

(13) Il burro di cacao è il grasso contenuto nel cioccolato responsabile delle sue proprietà fisiche. E’ composto principalmente da trigliceridi, cioè molecole di glicerolo (chiamato anche glicerina) a cui sono legati tre acidi grassi.. Il burro di cacao, il più importante ingrediente del cioccolato, forma sei tipi differenti di cristalli, ma solo uno fonde piacevolmente in bocca ed ha quella lucentezza superficiale e croccantezza che lo rendono così buono. Purtroppo questo cristallo “goloso” non è così stabile e tende a trasformarsi nella forma più stabile, opaca, con una tessitura morbida, che fonde lentamente in bocca, producendo una sensazione sgradevole.. Trigliceride POS. La maggior parte dei grassi in natura contiene una miscela complessa di trigliceridi diversi. Il burro di cacao invece contiene quasi esclusivamente quelli formati da acido oleico (32-36%), un grasso insaturo a 18 atomi di carbonio presente in grande quantità nell’olio di oliva, da acido palmitico (24-27%), un grasso saturo a 16 atomi di carbonio, e da acido stearico (32-36%), un grasso saturo a 18 atomi di carbonio. Il trigliceride più comune nel burro di cacao è quello chiamato POS (35-40%) perché alla molecola di glicerolo sono legati l’acido palmitico, l’oleico e lo stearico in quest’ordine. Vi sono poi altri due trigliceridi presenti in percentuali rilevanti: il POP (PalmiticoOleico-Palmitico 13-20%) e il SOS (Stearico-Oleico-Stearico, 2325%). Poiché i tre trigliceridi hanno una struttura molto simile riescono a formare un reticolo cristallino solido molto compatto, ed è questa la ragione per cui il burro di cacao, a differenza di altri grassi, ha un punto di fusione abbastanza ben definito.. Cristallografia con laboratorio - a.a. 2018-2019.

(14) Nanotecnologie. La cristallografia teorica e sperimentale contribuisce alla progettazione e allo sviluppo di prodotti e processi alla scala nanometrica, dalla manipolazione di singoli atomi e molecole all’assemblaggio, con tecniche di “ingegneria molecolare”, di strutture cristalline dalle elevate capacità funzionali, di interesse in ambiti applicativi molto differenziati.. Courtesy of Prof. Gilberto Artiori. Cristallografia con laboratorio - a.a. 2018-2019.

(15) Nuovi materiali sono in fase di sviluppo per produrre abbigliamento “intelligente”: nuovi tessuti, che sono in grado di assorbire aria o calore, a seconda se chi li indossa sta sudando o ha i brividi. Gli indumenti possono essere dotati di sensori per controllare la temperatura corporea, il respiro o il battito cardiaco, e questi dati possono essere inviati sul telefonino di chi li indossa. Potranno essere ideati indumenti in grado di rivelare pericoli come gas tossici, batteri nocivi o temperature estreme o semplicemente ascoltare musica. I cristallografi sono in grado di identificare le proprietà necessarie per sviluppare questi nuovi materiali. Smatrphone trasparente. Nanotecnologia più tessuti uguale vestiti intelligenti.. Oggi i cristallografi sono in grado di studiare una grande varietà di materiali, tra cui i cristalli liquidi. Gli schermi a cristalli liquidi sono usati per i monitor ultrapiatti di televisori, computer, telefoni cellulari, orologi digitali e così via. I cristalli liquidi non producono luce di per sé ma attingono da una sorgente esterna - come la luce proveniente dal retro di un televisore - per formare immagini con un ridotto consumo di energia.. Cristallografia con laboratorio - a.a. 2018-2019.

(16) Applicazioni della cristallografia. Nell’ottobre 2012 il veicolo esplorativo Curiosity ha adoperato la cristallografia a raggi X per analizzare campioni del suolo di Marte! La NASA ha equipaggiato il veicolo con un diffrattometro. I risultati hanno suggerito che il suolo marziano assomiglia al suolo basaltico segnato dalle intemperie dei vulcani delle Hawaii. Cristallografia con laboratorio - a.a. 2018-2019.

(17) Applicazioni della cristallografia Dalle leghe metalliche ai polimeri, dai semiconduttori a perfino il sapone, la maggior parte dei materiali può essere studiato con tecniche cristallografiche. Gli esperimenti possono essere condotti in condizioni ambientali o non, variando la temperatura, la pressione , i campi elettrici o magnetici, gli stress meccanici e l’ambiente chimico.. I complessi organometallici del Ir(III) con leganti 2-arilpiridinici hanno recentemente attirato molta attenzione sia nell’ambito accademico che industriale per il loro uso come emettitori fosforescenti in dioidi organici altamente efficienti (PHOLEDs). Il colore di emissione di questi può essere finemente sintonizzato scegliendo opportunamente la struttura e la funzionalizzazione dei leganti organici.

(18) Lo sviluppo di nuovi materiali ispirati alle meraviglie della natura è fondamentale per l’innovazione scientifica e industriale (per es., la sintesi di fibre con le eccezionali proprietà della tela di ragno).. Zoom della struttura del frutto Margaritaria nobilis. Il frutto blu ultra - brillante, a basso contenuto di nutrienti , imita piante più appetibili.. Dall'evoluzione del primo occhio sulla Terra, più di 500 milioni di anni fa , il successo della sopravvivenza di molti organismi è dipeso dallo capacità di interagire con la luce e il colore, che li rende modelli utili per la creazione di nuovi materiali. Fibre bioinspirate che cambiano colore quando tese. Le fibre sono realizzati avvolgendo più strati di polimero attorno ad un'anima di vetro, che viene poi ablata via etching. Lo spessore degli strati determina il colore apparente della fibra, che può variare attraverso l'intero spettro della luce visibile..

(19) La piezoelettricità è il fenomeno per cui si registra una separazione di carica in alcuni solidi sottoposti a stress meccanici. Anche se la maggior parte dei polimeri sono dielettrici (isolanti) alcuni copolimeri mostrano una sorprendente suscettibilità piezoelettrica, cha aumenta con la temperatura e che può arrivare sino ad un ordine di grandezza superiore rispetto ai materiali classici. Se si taglia una piastrina rettangolare di quarzo, in modo tale che le facce maggiori della piastrina risultino perpendicolari ad un asse elettrico, e si sottopongono le due facce maggiori ad una compressione meccanica, su di esse si manifestano cariche elettriche di segno opposto. Sensori piezoelettrici compositi, costituiti da barre ceramiche piezoelettriche annegati in una matrice polimerica. Questi dispositivi, che devono convertire tensioni meccaniche in segnali elettrici e viceversa sono utilizzati, per esempio, nei ricevitori sonar e in dispositivi medici ad ultrasuoni.. Perché si abbia piezoelettricità è necessario che la struttura cristallina sia acentrica.. Cristallografia con laboratorio - a.a. 2018-2019.

(20) Applicazioni della cristallografia. Nell’ultima decade, l’efficienza delle celle fotovoltaiche organiche è aumenta significativamente, promettendo la realizzazione di celle relativamente economiche realizzate con film sottili plastici e flessibili che potrebbero essere prodotti da tecnologie a stampo di inchiostro. La qualità dei film studiati può essere studiata attraverso la tecnica della diffrazione X ad angolo radente.. Una nuova generazione di celle solari..

(21) Polimeri plastici. Esempi di uso del polimero polipropilene. Sostanze organiche aventi strutture chimiche con legami covalenti che si estendono in una direzione, che possono essere descritte formate da «multipli» di una formula di costituzione semplice data da uno o più unità costitutive.. DNA. Il modello della struttura gerarchica attesa in un polimero semicristallino orientato.

(22) Studio dei polimeri Risoluzione, cm 10 10 10 10 10 10 10 10 Al fine di ottenere una caratterizzazione completa del polimero, l'indagine deve Macroscopico Lamelle Reticolo cristallino Sferuliti essere condotta su scale diverse. Visual La Microscopia Ottica è ideale per Microscopio ottico osservare gli sferuliti. Microscopio a scansione elettronica, SEM La Diffrazione dei raggi X ad Alto Light scattering Network polimerico Angolo (WAXS) studia la struttura Microscopio a trasmissione elettronica, TEM molecolare, il tipo di cella cristallina, la Small Angle X-ray Scattering, SAXS dimensione dei cristalliti. Lo Scattering dei raggi X a Basso Angolo Wilde Angle X-ray Scattering, WAXS (SAXS) e la Microscopia Elettronica Aggregati sferulitici di inulina indagano la morfologia lamellare. Dai diffrattogrammi X raccolti, con l’ausilio di sofisticati programmi di calcolo è possibile ottenere il grado di cristallinità, gli spessori lamellari e la distribuzione degli stessi. X-ray Scattering Patterns of Two Styrene-1. -2. -3. diene-styrene Triblock Copolymers. -4. -5. -6. Elastomeri Spandex. -7. -8.

(23) Requisiti di cristallinità. Youyong Li and William A. Goddard III (2002) Macromolecules 35 (22), 8440-8455. Si incontrano polimeri cristallini solo tra i polimeri a catena lineare, sia naturali che sintetici, di massa molecolare elevata. Nei polimeri cristallini il «motivo fondamentale» che si ripete in tre dimensioni non può consistere in intere macromolecole (non sono tutte di lunghezza uguale!), esso consisterà in una porzione di catena limitata a poche unità costitutive. Ovvero le catene si estendono in più celle elementari. Condizione necessaria ma non sufficiente per avere strutture cristalline è che esista nella catena del polimero un raggruppamento stereochimicamente definito e ripetitivo e che la catena possa assumere una conformazione tale da permettere una ripetizione per traslazione semplice lungo la catena stessa dopo un certo numero di unità costitutive..

(24) Cristallizzazione dei polimeri Il principio generale che regola l’aggregazione delle macromolecole di un polimero per formare un cristallo è quello del massimo impacchettamento: le catene si avvicinano tra loro a distanze intermolecolari simili a quelle che si realizzano nei composti a basso peso molecolare, in modo da riempire lo spazio nel miglior modo possibile (massima densità e minima energia reticolare).. Cristallografia con laboratorio - a.a. 2018-2019.

(25) Identificazione dei polimeri L’identificazione è possibile anche se il campione è formato da una miscela di polimeri …. Cristallografia con laboratorio - a.a. 2018-2019.

(26) Grado di cristallinità Patterns standard della cellulosa, cristallina e amorfa. La forma cristallina è la I beta. La cristallinità diminuisce dall’alto verso il basso. I due riferimenti possono essere usati per calcolare la % di cristallinità in ciascun campione. Cristallografia con laboratorio - a.a. 2018-2019.

(27) Sfide per il futuro Nel 2000, i governi del mondo hanno adottato gli Obiettivi di Sviluppo del Millennio, che definisce specifici obiettivi per ridurre entro il 2015 la povertà estrema e la fame, migliorando l’accesso all’acqua potabile e costruendo reti fognarie, per frenare la mortalità infantile e migliorare la salute materna, oltre ad altre sfide.. Paesi aderenti all’Unione Internazionale di Cristallografia Cristallografia con laboratorio - a.a. 2018-2019.

(28) Sfide per l’alimentazione Si prevede che la popolazione mondiale cresca da 7 miliardi nel 2011 a 9,1 miliardi nel 2050. La combinazione di una crescita rapida della popolazione e di una dieta maggiormente basata sulla carne e prodotti caseari rispetto al passato potrà portare all’aumento della domanda di cibo del 70% nel 2050. Questo rappresenta una delle sfide più importanti per l’agricoltura. Metodiche cristallografiche avanzate indirizzano la ricerca nei settori agro-alimentari. Per esempio, la cristallografia può essere usata per analizzare i suoli. Una delle cause più gravi di deterioramento dei suoli è la salinizzazione, che può avvenire naturalmente o essere indotta dalle attività dell’uomo. Studi strutturali sulle proteine delle piante possono aiutare a sviluppare colture più resistenti ad ambienti salini.. La cristallografia può contribuire allo sviluppo di cure per malattie delle piante e degli animali, come ad esempio il cancro batterico che colpisce diverse colture tra cui i pomodori, o lo sviluppo di vaccini per prevenire malattie come l’influenza aviaria o suina. Inoltre gli studi cristallografici sui batteri sono importanti per la produzione di cibi derivati da latte, carne, verdure o altre piante.. Cristallografia con laboratorio - a.a. 2018-2019.

(29) Sfide per l’acqua Sebbene il mondo ha recentemente raggiunto l’Obiettivo di Sviluppo del Millennio relativo al dimezzamento del rapporto di persone senza accesso ad acqua potabile entro il 2015, i paesi dell’Africa sub-sahariana e i paesi arabi sono considerevolmente indietro, secondo ilWorldWater Development Report 2012 stilato dalle Nazioni Unite.. Si prevede che la popolazione urbana raddoppi da 3,4 miliardi nel 2009 fino a raggiungere 6,3 miliardi nel 2050. La cristallografia può aiutare a migliorare la qualità dell’acqua delle comunità più povere, per esempio identificando nuovi materiali in grado di purificare l’acqua per mesi, come “nano”spugne (per i filtri dei rubinetti).. Può anche aiutare a sviluppare soluzioni ecologiche per migliorare il trattamento delle acque di scarico. Nanospugna, una classe di materiali di frontiera con superfici (per unità di peso) incredibili (es. 5mila metri quadrati di superficie per ogni grammo)..

(30) Sfide per l’energia Nel settembre 2011, il segretariato generale delle Nazioni Unite ha lanciato il programma Energia Sostenibile per Tutti. Secondo l’Agenzia Internazionale per l’Energia, le emissioni di anidride carbonica (CO2) sono aumentate del 5% fino a raggiungere 30,6 gigatonnellate (Gt) tra il 2008 e il 2010, nonostante la crisi finanziaria mondiale. Se si vuole mantenere il riscaldamento globale a 2°C in questo secolo, le emissioni di CO2 dal settore energetico non devono eccedere 32 Gt entro il 2020. È previsto che il consumo di energia globale aumenti del 50% tra il 2007 e il 2015, l’84% di questo aumento sarà imputabile a paesi non-OCSE. Nel 2009 1,4 miliardi di persone non hanno ancora l’energia elettrica. Si prevede che la richiesta di energia da sorgenti rinnovabili aumenti del 60% entro il 2035. La cristallografia aiuta a sviluppare prodotti, come materiali isolanti, che impediscono la dispersione del calore e riducono l’emissione di anidride carbonica (oltre a ridurre la bolletta!). Può aiutare a sviluppare nuovi materiali per ridurre il costo dei pannelli solari, impianti eolici e batterie rendendoli allo stesso tempo più efficienti, riducendo gli sprechi e migliorando l’accessibilità a tecnologie ecosostenibili. Celle solari a perovskite (CaTiO3), un minerale che oltre agli standard di efficienza particolarmente elevati garantisce la scelta tra una vasta gamma di opzioni di trasparenza, colori e tinte. Questo tipo di celle, inoltre, si basa sull’uso di materiali sostenibili, naturali e facilmente reperibili.. Cristallografia con laboratorio - a.a. 2018-2019.

(31) Sfide per la chimica verde Rendere ecocompatibile l’industria chimica è un obiettivo fondamentale per rendere ecosostenibile l’economia globale. L’industria chimica produce più di 70000 prodotti diversi dalle plastiche ai fertilizzanti, ai detersivi sino ai farmaci. Dipende sensibilmente dal petrolio, di cui consuma il 10% della produzione globale per ottenere l’8090% dei suoi prodotti. Pertanto, l’industria chimica risulta affamata di risorse e di energia. Inoltre, molti solventi e catalizzatori sono tossici e lo smaltimento di rifiuti chimici è complesso e costoso.. La cristallografia può contribuire allo sviluppo di materiali di costruzione ecologici nei paesi sviluppati e in via di sviluppo. Può aiutare anche a ridurre l’inquinamento sostituendo i solventi dannosi con solventi “verdi” basati su liquidi ionici o anidride carbonica. Può aiutare a ridurre gli scarti delle estrazioni e i relativi costi fornendo metodi che consentono l’estrazione solo di ciò che è utile.. Cristallografia con laboratorio - a.a. 2018-2019.

(32) Cenni storici Nel corso della storia, le persone sono state affascinate dalla bellezza e dal mistero dei cristalli.. Frammenti di ossidiana e selce con gli attrezzi primitivi per la scheggiatura di punte da freccia.. Pigmenti naturali, come l’ocra rossa, per decorare l’interno delle caverne (Paleolitico). L’uomo, a partire dall’età della pietra, ha raccolto e utilizzato “pietre” La ceramica del Neolitico antico trovata a Casa Gazza, in Val Trebbia (Emilia-Romagna).

(33) Bellezza dei cristalli Considerato il primo lavoro rinvenuto che menziona i cristalli De Lapidibus (lit. “On stones”). Theophrastus (ca. 372-287 B.C.). Cristallografia con laboratorio - a.a. 2018-2019.

(34) Bellezza dei cristalli Duemila anni dopo , Plinius ilVecchio è affascinato dalla “regolarità dei cristalli prismatici esagonali delle rocce”,. Monumento di Plinius il Vecchio sulla facciata della cattedrale di Como, Italy. Plinius il Vecchio (ca. 23-79) Cristallografia con laboratorio - a.a. 2018-2019.

(35) Morfologia dei cristalli Ibn Sīnā ‫“ ابن سینا‬Avicenna“ (980-1037), matematico persiano - classificò i minerali sulla base della loro composizione chimica - Rifiutò le teorie alchimistiche. Vannoccio Biringuccio (1480-1539?), metallurgista italiano - associò forme specifiche e angoli a minerali specifici. Georg Bauer “Agricola“ (1494-1555), metallurgista tedesco - il “Padre della Mineralogia” - Classificò per primo i minerali sulla base delle loro proprietà fisiche. Cristallografia con laboratorio - a.a. 2018-2019.

(36) La Storia della cristallografia include anche un “Benedetto” Steno anticipò la Legge della costanza degli angoli interfacciali nei cristalli. Steno (1638-1686). Tomba di Steno, Firenzee (Italy) Papa Giovanni PaoloII beatifica Steno nel 1988. “sebbene i cristalli di quarzo (SiO2) ed ematite (Fe2O3) compaiono in un grande varietà di forme e dimensioni (abiti cristallini), i medesimi angoli interfacciali sono sempre presenti nella stessa sostanza».

(37) Morfologia/simmetria dei cristalli. Robert Hooke (1653-1703) il “Padre della Microscopia” Cristallografia con laboratorio - a.a. 2018-2019.

(38) Morfologia/simmetria dei cristalli. Nel suo capolavoro del 1664, Micrographia, lo scienziato inglese Robert Hooke propose che i cristalli avessero una forma geometrica regolare perchè formati da impacchettamenti regolari di sfere rigide.. Cristallografia con laboratorio - a.a. 2018-2019.

(39) Ottica cristallografica. Bartholin E. (1625-1698) studia la doppia rifrazione dello spato d’Islanda, fonda l’ottica cristallografica.. Cristallografia con laboratorio - a.a. 2018-2019.

(40) Poiché l'ipotesi di Haüy era in contrasto con quella proposta da Dalton nel 1804, e anche con i dati sperimentali accumulati nel frattempo, Auguste Bravais nel 1848 sostituì alle molecole integranti molecole chimiche o gruppi di molecole, non giustapposte, ma con spazi tra le une e le altre sempre uguali nelle stesse direzioni.. Auguste Bravais. Jöns Jacob Berzelius. Nel 1809 l’inglese William H. Wollaston inventò il goniometro a riflessione che permise misurazione accuratissime ed a elevate precisione degli angoli tra le facce cristalline. La cristallografia diventa una scienza esatta.. Goniometro a riflessione verticale. Tra il 1799 e il 1848, Jöns Jacob Berzelius, chimico svedese, pongono le basi per la moderna classificazione chimica dei minerali dei minerali..

(41) Morfologia/simmetria dei cristalli. René Just Haüy (1743-1822) the “Father of Crystallography”. Cristallografia con laboratorio - a.a. 2018-2019.

(42) Morfologia/simmetria dei cristalli Rene-Just Haüy ( 1743-1822) pubblica nel 1784 un "Essai d’une théorie sur la structure des cristaux" (Saggio di una teoria sulla struttura dei cristalli) e nel 1822 il suo importantissimo "Traité de cristallographie" (Trattato di cristallografia). E’ considerato il padre della cristallografia grazie alla sua legge delle troncature razionali ed alla scrittura rigorosa delle regole di simmetria che permettono la distinzione dei sistemi cristallini e delle forme secondarie che ne derivano. Ipotizza che i cristalli fossero costruiti impilando minuscoli blocchi che chiamò molecole integranti. Esse anticipano il concetto di celle elementari della cristallografia moderna.. Cristallografia con laboratorio - a.a. 2018-2019.

(43) Nel 1828,William Nicol, inventò un polarizzatore che portò alla costruzione del primo microscopio polarizzante. Esso permise lo studio sistematico del comportamento della luce nelle sostanze cristalline. Il micorscopio polarizzante è , ancora oggi, un potente strumento di indagine negli studi mineralogici.. «Atlas der Krystallformen» di Victor Goldschmidt (pub. dal 1913 al 1923) riportò morfologia, angoli interfacciali e descrizione di 23606 cristalli. Le facce simmetricamente equivalenti erano etichettati con lo stesso simbolo. Cristallografia con laboratorio - a.a. 2018-2019.

(44) Morfologia/simmetria dei cristalli “Pasteur osservando attentamente il paratartaro di sodio e ammonio al microscopio, notò che il composto era formato due differenti tipi di cristalli, quasi identici ma uno l’immagine speculare dell’altro.”. Louis Pasteur (1822-1895) chimico, cristallografo, microbiologo. Cristallografia con laboratorio - a.a. 2018-2019.

(45) Con la scoperta della diffrazione dei raggi-X , da parte dei cristalli, l’attenzione si focalizza sulla simmetria interna dei minerali, lasciando alla morfologia un ruolo secondario. Cristallografia con laboratorio - a.a. 2018-2019.

(46) Cristallografia con laboratorio - a.a. 2018-2019.

(47) William Henry Bragg (1862-1942). William Lawrence Bragg (1890-1971). Tra il 1912-1913,W. L. Bragg (il più giovane) sviluppò la legge di Bragg, pietra miliare della cristallografia moderna, che collega la dispersione dei raggi-X da parte dei materiali cristallini con le spaziature all'interno del cristallo. Nel 1914,W.H. Bragg e W. L. Bragg pubblicarono in Inghilterra la prima determinazione strutturale di una sostanza cristallina, il minerale halite o salgemma, NaCl. Struttura cristallina dell’halite, NaCl..

(48) Premi Nobel a cristallografi 2013 Chemistry M. Karplus, M. Levitt and A. Warshel For the development of multiscale models for complex chemical systems 2012 Chemistry R. J. Lefkowitz and B. K. Kobilka For studies of G-protein-coupled receptors 2011 Chemistry D. Shechtman For the discovery of quasicrystals2010 Physics A. Geim and K. Novoselov For groundbreaking experiments regarding the two-dimensional material graphene 2009 Chemistry V. Ramakrishnan, T. A. Steitz and A. E. Yonath Studies of the structure and function of the ribosome2006 Chemistry R. D. Kornberg Studies of the molecular basis of eukaryotic transcription 2003 Chemistry P. Agre and R. MacKinnon Discoveries concerning channels in cell membranes 1997 Chemistry P. D. Boyer, J. E. Walker and J. C. Skou Elucidation of the enzymatic mechanism underlying the synthesis of adenosine triphosphate (ATP) and discovery of an ion-transporting enzyme 1996 Chemistry R.Curl, H. Kroto and R. Smalley Discovery of the fullerene form of carbon 1994 Physics C. Shull and N. Brockhouse Neutron diffraction 1992 Physics G. Charpak Discovery of the multi wire proportional chamber. 1991 Physics P.-G. de Gennes Methods of discovering order in simple systems can be applied to polymers and liquid crystals 1988 Chemistry J. Deisenhofer, R. Huber and H. Michel For the determination of the three-dimensional structure of a photosynthetic reaction centre 1985 Chemistry H. Hauptman and J. Karle Development of direct methods for the determination of crystal structures 1982 Chemistry A. Klug Development of crystallographic electron microscopy and discovery of the structure of biologically important nucleic acid-protein complexes 1976 Chemistry W. N. Lipscomb Structure of boranes 1972 Chemistry C. B. Anfinsen Folding of protein chains 1964 Chemistry D. Hodgkin Structure of many biochemical substances including Vitamin B12 1962 Physiology or Medicine F. Crick, J. Watson and M. Wilkins The helical structure of DNA 1962 Chemistry J. C. Kendrew and M. Perutz For their studies of the structures of globular proteins 1954 Chemistry L. C. Pauling For his research into the nature of the chemical bond and its application to the elucidation of the structure of complex substances …. Cristallografia con laboratorio - a.a. 2018-2019.

(49) Cristallografia con laboratorio - a.a. 2018-2019.

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