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Lo stato cristallino caratterizza la maggior parte dei solidi. Un solido viene detto cristallino, quando le entità chimiche elementari che lo costituiscono, che, semplificando, possiamo chiamare molecole, si dispongono in maniera regolare nello spazio lungo una sorta di griglia tridimensionale, che prende, appunto, il nome di reticolo cristallino. Nel reticolo cristallino la posizione media di ogni singola molecola non cambia nel tempo. Tuttavia, sono molteplici i materiali che possono esistere allo stato solido sotto forma di vetro. Nel linguaggio comune, ciò che è fatto di vetro, per esempio, molti degli oggetti domestici, è il prodotto della fusione e del successivo raffreddamento rapido di un materiale ben preciso, la sabbia silicea, costituita prevalentemente da diossido di silicio (SiO2). Quando mi iscrissi all’università, mi fu insegnato che un vetro è un solido amorfo, cioè, un solido, le cui molecole sono disposte casualmente, non avendo avuto il tempo per organizzarsi in maniera tale da formare cristalli a causa, appunto, del raffreddamento rapido (NdR: avvenuto, cioè, in un tempo più breve di quello che caratterizza i moti intermolecolari all’interno del vetro fuso).

In passato, fu fatta anche l’ipotesi che lo stato vetroso fosse tipico dei liquidi raffreddati al di sotto della loro temperatura di solidificazione (che sono detti in gergo sottoraffreddati), ma questa visione fu soppiantata dalla definizione dei solidi amorfi. In verità, su scala macroscopica, un vetro si comporta come un solido, tanto è vero che possiamo ottenerne oggetti di forma immutabile, proprio come se fossero fatti di una sostanza cristallina. Tuttavia, su scala microscopica, le molecole al suo interno non sono organizzate in una struttura cristallina, bensì distribuite casualmente, proprio come in un liquido. Ciononostante, un oggetto di vetro non cambia forma nel tempo, perché al suo interno i moti molecolari sono estremamente lenti, tanto da consentire la persistenza della forma e da diventare percettibili a occhio nudo solo dopo più di dieci milioni di anni. Anche con i moderni supercomputer non è stato possibile verificare se i moti molecolari di natura liquida all’interno di un vetro abbiano mai fine. Resta, perciò, l’interrogativo se un vetro possa nel tempo smettere di esser tale, assumendo tutte le caratteristiche di un solido cristallino.

In un recente studio, pubblicato su Nature Communications, un gruppo di ricercatori dell’Università di Bristol nel Regno Unito e dell’Università di Kyoto in Giappone ha combinato simulazioni e teoria dell’informazione per cercare una risposta a questo dilemma. Studiando il modello di un materiale vetroso a temperature molto basse, essi hanno osservato che al suo interno sono presenti regioni di geometria icosaedrica, in cui le entità costituenti si muovono in maniera concertata. Da ciò scaturisce la previsione che, in un tempo sufficientemente lungo, le dimensioni di queste regioni possono accrescersi, trasformando il vetro in un vero e proprio solido cristallino. Incidentalmente, a dimostrazione del fatto che le idee della scienza, se valide, hanno bisogno di tempo per consolidarsi, l’esistenza di queste strutture icosaedriche fu prevista nel lontano 1952 da Sir Charles Frank, proprio presso i laboratori dell’Università di Bristol. Insomma, il vetro è un liquido fin quando non smette completamente di comportarsi come un fluido, ma non tratteniamo il respiro aspettando che lo faccia!

N.B.: parte del contenuto è liberamente adattata da TECH TIMES.