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Jun 05, 2023

Il camaleonte della chimica: il sé

Di Florida State University, 6 luglio 2023 Esempi di giardini chimici prodotti nel laboratorio di Oliver Steinbock, professore di chimica alla Florida State University. Credito: per gentile concessione dello Stato della Florida

Di Florida State University, 6 luglio 2023

Esempi di giardini chimici realizzati nel laboratorio di Oliver Steinbock, professore di chimica alla Florida State University. Credito: per gentile concessione della Florida State University

Florida State UniversityFlorida State University (Florida State or FSU) is a public space-grant and sea-grant research university in Tallahassee, Florida, United States that was established in 1851. The university comprises 16 separate colleges and more than 110 centers, facilities, labs, and institutes that offer more than 360 programs of study, including professional school programs." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> Gli scienziati della Florida State University hanno sviluppato un modello matematico che spiega la crescita, la formazione di modelli e le proprietà di autoguarigione dei giardini chimici. Queste intuizioni potrebbero portare allo sviluppo di materiali autoriparanti.

Dalla metà del 1600, i chimici sono rimasti affascinati dalle strutture dai colori vivaci, simili a coralli, che si formano mescolando sali metallici in una piccola bottiglia.

Fino ad ora, i ricercatori non sono stati in grado di modellare il funzionamento di queste strutture tubolari apparentemente semplici, chiamate giardini chimici, e i modelli e le regole che ne governano la formazione.

In un articolo pubblicato questa settimana negli Atti della 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 un materiale più fragile.

“In a materials context, it’s very interesting,” said FSU Professor of Chemistry and Biochemistry Oliver Steinbock. “They don’t grow like crystals. A crystal has nice sharp corners and grows atomAn atom is the smallest component of an element. It is made up of protons and neutrons within the nucleus, and electrons circling the nucleus." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> strato di atomo per strato di atomo. E quando si forma un buco in un giardino chimico, si autoripara. Questi sono davvero i primi passi per imparare a realizzare materiali in grado di riconfigurarsi e ripararsi da soli”.

In genere, i giardini chimici si formano quando le particelle di sale metallico vengono messe in una soluzione di silicato. Il sale dissolvente reagisce con la soluzione per creare una membrana semipermeabile che viene espulsa verso l'alto nella soluzione, creando una struttura dall'aspetto biologico, simile al corallo.

Gli scienziati osservarono i giardini chimici per la prima volta nel 1646 e per anni rimasero affascinati dalle loro interessanti formazioni. La chimica è legata alla formazione di sfiati idrotermali e alla corrosione delle superfici di acciaio dove possono formarsi tubi insolubili.

"La gente si è resa conto che queste erano cose peculiari", ha detto Steinbock. “Hanno una storia molto lunga nel campo della chimica. È diventato più simile a un esperimento dimostrativo, ma negli ultimi 10-20 anni gli scienziati si sono nuovamente interessati a loro”.

L'ispirazione per il modello matematico sviluppato da Steinbock, insieme al ricercatore post-dottorato Bruno Batista e alla studentessa laureata Amari Morris, è venuta da esperimenti che iniettavano costantemente una soluzione salina in un volume più grande di soluzione di silicato tra due piastre orizzontali. Questi hanno mostrato modalità di crescita distinte e che il materiale inizialmente è 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 dei quali assomigliano 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 della formazione.

Ad esempio, i modelli possono essere costituiti da particelle sciolte, membrane piegate o filamenti autoestensibili. Il modello ha inoltre convalidato le osservazioni secondo cui le membrane fresche si espandono in risposta a microviolazioni, dimostrando le capacità di autoriparazione del materiale.