Galileo Giornale di scienza e problemi globali

Grandinano pentagoni

Tra Berlino e Londra grandinano pentagoni. In uno studio che ha coinvolto il Fritz-Haber-Institut, il London Centre for Nanotechnology e l'Università di Liverpool, infatti, è stata scoperta una nuova struttura nanoscopica del ghiaccio, con cinque lati anziché sei. La sua forma è illustrata da Javier Carrasco e colleghi su Nature Materials.

Tutti conoscono la classica forma del fiocco di neve: sei braccia che si allungano dal centro, descrivendo, con le loro estremità, un esagono regolare, ossia il motivo geometrico del reticolo cristallino più comune con cui si presenta l'acqua allo stato solido. Tuttavia, se la struttura cristallina del ghiaccio è ben nota a livello di macroscale, a livello microscopico la sua natura non è altrettanto chiara, soprattutto se si tratta di valutare gli arrangiamenti atomici assunti dall'acqua quando questa si trova a solidificare a contatto con un altro materiale.

“Per la prima volta abbiamo dimostrato che il ghiaccio si può organizzare in una estesa struttura a partire da pentagoni e non da esagoni”, afferma Angelos Michaelides del centro londinese: “una scoperta che ci aiuta anche a comprendere quale sia la natura dei legami idrogeno nell'acqua”. I ricercatori hanno infatti trovato che, alle dimensioni di circa 1 nanometro (un miliardesimo di metro), le prime catene di atomi che si formano - e che fungono da nucleo di aggregazione per le altre molecole - hanno una forma pentagonale e non esagonale.

La forma pentagonale sarebbe favorita rispetto alle altre perché facilita il legame tra l'acqua e le particelle di metallo presenti nell'atmosfera e, allo stesso tempo, assicura un forte legame idrogeno. La scoperta rivela anche una inaspettata adattabilità della struttura, dimostrando che la presenza di un substrato può essere sufficiente a indurre un arrangiamento non esagonale.

Un risvolto pratico di questa ricerca è legato alla possibilità di favorire la formazione di ghiaccio nelle nubi, ossia di innescare tutta quella serie di processi che conduce alla formazione della pioggia. La cristallizzazione di ghiaccio ad alta quota è infatti un passaggio fondamentale. Questa avviene prevalentemente all'interfaccia fra l'acqua liquida e altre particelle sospese nelle nubi (aerosol). Finora si è immaginato di potere accelerare la formazione delle nuvole immettendo in atmosfera molecole dalla struttura cristallina esagonale che facciano da centri di aggregazione. Ma questo studio suggerisce che possa essere più efficace puntare su strutture pentagonali. (l.c.)

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