Ghiaccio: spiegato il motivo per cui appare così disordinato

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30 Dicembre

Ghiaccio

Il ghiaccio a temperature molto basse non è così ordinato come potremmo aspettarci, un nuovo modello teorico definisce la struttura e le proprietà elettriche del ghiaccio.

Il ghiaccio a temperature molto basse non è così ordinato come potremmo aspettarci, capire cosa lo rende disordinato permetterebbe di capire i  comportamenti dei ghiacciai sulla Terra o il comportamento delle particelle di ghiaccio nello spazio. Gli scienziati hanno teorizzato il motivo per cui ciò accade e sul modo in cui è possibile recuperare parte dell’ordine mancante.

Gli scienziati hanno teorizzato una proprietà relativamente oscura e tuttavia fondamentale del ghiaccio a temperature molto basse: la ferroelettricità. Sarebbe questa proprietà mancante a basse temperature che porterebbe al disordine.

In un pezzo di ghiaccio idealmente ordinato gli atomi di idrogeno di ogni molecola d’acqua dovrebbero puntare nella stessa direzione, come i soldati di un plotone che guardano di fronte a loro. Se così fosse, il ghiaccio esibirebbe una polarizzazione elettrica macroscopica, sarebbe ferroelettrica. Invece, le molecole d’acqua nel ghiaccio, anche a temperature molto basse, si comportano come soldati indisciplinati e guardano tutte in direzioni diverse.

ha spiegato Alessandro Laio, fisico della SISSA e dell’ICTP.

Questa anomalia nel suo comportamento era stata spiegata negli anni ’30 da Linus Pauling come la regola del ghiaccio: ogni atomo di ossigeno può legarsi solo con due atomi di idrogeno per formare una molecola di acqua, ma questo vincolo rende il processo di ordinamento a basse temperature infinitamente lento.

Gli scienziati hanno sviluppato un modello teorico e una strategia in grado di spiegare questo comportamento.

È noto che le impurità come un idrossido di potassio che sostituisca una molecola d’acqua possono rendere il ghiaccio ordinato e ferroelettrico a temperature molto basse anche se in modo lento e parziale.

Grazie alle impurità è possibile osservare l’ordine dei protoni e la ferroelettricità del ghiaccio cristallino altrimenti né esperimenti né simulazioni potrebbero

superare il rallentamento cinetico generato dalle regole del ghiaccio

ha detto Erio Tosatti, fisico di SISSA, ICTP e CNR-IOM Democritos.

Secondo questo modello quando si introduce una impurità in uno stato iniziale disordinato a bassa temperatura questa funge da perno per la fase ordinata, ma in maniera parziale: non tutte le molecole saranno orientate nella direzione corretta ma solo quelle davanti o dietro l’impurità.

Alla fine del processo solo una serie di molecole sarà ordinata.

Lo studio pubblicato sulla rivista PNAS  è il frutto di una collaborazione tra la Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA), il Centro Internazionale Abdus Salam di Fisica Teorica (ICTP), l’Istituto di Fisica Rosario (IFIR-UNR), con il supporto dell’Istituto Officina dei Materiali del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-OIM).

 

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mercoledì 30 Dicembre 2020 - 14:35
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