How do crystals work? - Graham Baird

Traduttore: Tiziano Lavorini Revisore: Sara Frasconi

Deep beneath the geysers and hot springs of Yellowstone Caldera

Nelle profondità di geyser e sorgenti termali della caldera di Yellowstone

lies a magma chamber produced by a hot spot in the earth’s mantle.

giace una camera magmatica prodotta da un punto caldo nel mantello terrestre.

As the magma moves towards the Earth’s surface,

Mentre il magma sale verso la superficie della Terra,

it crystallizes to form young, hot igneous rocks.

si cristallizza formando giovani e calde rocce ignee.

The heat from these rocks drives groundwater towards the surface.

Il loro calore conduce le falde acquifere in superficie.

As the water cools, ions precipitate out as mineral crystals,

L'acqua poi si raffredda,

gli ioni precipitano e si formano cristalli minerali,

including quartz crystals from silicon and oxygen,

come cristalli di quarzo da silicio e ossigeno,

feldspar from potassium, aluminum, silicon, and oxygen,

feldspato da potassio, alluminio, silicio e ossigeno,

galena from lead and sulfur.

galena da piombo e zolfo.

Many of these crystals have signature shapes—

Molti di questi hanno forme che li contraddistinguono,

take this cascade of pointed quartz, or this pile of galena cubes.

come questa cascata di quarzo appuntito, o questo ammasso di cubi di galena.

But what causes them to grow into these shapes again and again?

Ma che cosa contribuisce a far assumere loro sempre questa forma?

Part of the answer lies in their atoms.

Parte della risposta sta negli atomi.

Every crystal’s atoms are arranged in a highly organized, repeating pattern.

Gli atomi di ogni cristallo sono disposti in strutture ben organizzate e ripetute.

This pattern is the defining feature of a crystal,

Tali strutture sono la caratteristica distintiva del cristallo,

and isn’t restricted to minerals—

e non si limitano ai minerali:

sand, ice, sugar, chocolate, ceramics, metals, DNA,

sabbia, ghiaccio, zucchero, cioccolato, ceramica, metalli, DNA

and even some liquids have crystalline structures.

e perfino alcuni liquidi hanno strutture cristalline.

Each crystalline material’s atomic arrangement

Ogni disposizione atomica di materiale cristallino

falls into one of six different families:

rientra in una di queste sei famiglie:

cubic, tetragonal, orthorhombic, monoclinic, triclinic, and hexagonal.

cubica, tetragonale, ortorombica, monoclina, triclina ed esagonale.

Given the appropriate conditions,

In condizioni adeguate,

crystals will grow into geometric shapes

i cristalli assumono forme geometriche

that reflect the arrangement of their atoms.

che riflettono la disposizione dei loro atomi.

Take galena, which has a cubic structure composed of lead and sulfur atoms.

La galena ha una struttura cubica fatta di atomi di piombo e zolfo.

The relatively large lead atoms

Gli atomi di piombo, piuttosto grandi,

are arranged in a three-dimensional grid 90 degrees from one another,

si sistemano in una griglia tridimensionale formando angoli retti,

while the relatively small sulfur atoms fit neatly between them.

mentre gli atomi di zolfo, piuttosto piccoli, si collocano in mezzo.

As the crystal grows, locations like these attract sulfur atoms,

Crescendo, queste posizioni attraggono atomi di zolfo,

while lead will tend to bond to these places.

mentre il piombo tenderà a legarsi a quelle collocazioni.

Eventually, they will complete the grid of bonded atoms.

Alla fine, la griglia di atomi uniti verrà completata.

This means the 90 degree grid pattern of galena’s crystalline structure

Ciò significa che la struttura cristallina ad angoli retti della galena

is reflected in the visible shape of the crystal.

si riflette nella forma visibile del cristallo.

Quartz, meanwhile, has a hexagonal crystalline structure.

Il quarzo, invece, ha una struttura cristallina esagonale.

This means that on one plane its atoms are arranged in hexagons.

Ciò significa che su un piano gli atomi si dispongono a esagoni.

In three dimensions, these hexagons are composed of many interlocking pyramids

A livello tridimensionale, gli esagoni sono composti da piramidi a incastro

made up of one silicon atom and four oxygen atoms.

costituite da un atomo di silicio e quattro atomi di ossigeno.

So the signature shape of a quartz crystal

La forma peculiare del cristallo di quarzo

is a six-sided column with pointed tips.

è una colonna a sei lati appuntita.

Depending on environmental conditions,

A seconda delle condizioni ambientali,

most crystals have the potential to form multiple geometric shapes.

la maggior parte dei cristalli riesce a formare molteplici forme geometriche.

For example, diamonds, which form deep in the Earth’s mantle,

I diamanti, per esempio, che si formano nelle profondità del mantello terrestre,

have a cubic crystalline structure and can grow into either cubes or octahedrons.

hanno una struttura cristallina cubica e possono diventare o cubi o ottaedri.

Which shape a particular diamond grows into

La forma particolare assunta da ogni diamante

depends on the conditions where it grows,

dipende dalle condizioni di dove cresce,

including pressure, temperature, and chemical environment.

tra cui pressione, temperatura e ambiente chimico.

While we can’t directly observe growth conditions in the mantle,

Pur non potendo osservare direttamente le condizioni di crescita nel mantello,

laboratory experiments have shown some evidence

esperimenti di laboratorio hanno dimostrato

that diamonds tend to grow into cubes at lower temperatures

che i diamanti tendono a formare cubi a basse temperature

and octahedrons at higher temperatures.

e ottaedri a temperature più alte.

Trace amounts of water, silicon, germanium, or magnesium

Anche tracce di acqua, silicio, germanio o magnesio

might also influence a diamond’s shape.

potrebbero influire sulla forma del diamante.

And diamonds never naturally grow into the shapes found in jewelry—

E in natura i diamanti non assumono mai la forma in cui li troviamo nei gioielli,

those diamonds have been cut to showcase sparkle and clarity.

vengono tagliati per sfoggiare brillantezza e chiarezza.

Environmental conditions can also influence whether crystals form at all.

Le condizioni ambientali

possono anche determinare se i cristalli si formeranno o meno.

Glass is made of melted quartz sand,

Il vetro è fatto di sabbia di quarzo sciolta,

but it isn’t crystalline.

ma non è cristallino.

That’s because glass cools relatively quickly,

Questo perché il vetro si raffredda in tempi piuttosto brevi,

and the atoms do not have time to arrange themselves

e gli atomi non fanno in tempo a posizionarsi

into the ordered structure of a quartz crystal.

nella struttura ordinata del cristallo di quarzo.

Instead, the random arrangement of the atoms in the melted glass

Anzi, la disposizione casuale degli atomi nel vetro fuso

is locked in upon cooling.

viene bloccata nel raffreddamento.

Many crystals don’t form geometric shapes

Molti cristalli non assumono forme geometriche

because they grow in extremely close quarters with other crystals.

perché crescono a strettissimo contatto con altri cristalli.

Rocks like granite are full of crystals,

Rocce come il granito sono piene di cristalli,

but none have recognizable shapes.

ma nessuno di essi ha forme riconoscibili.

As magma cools and solidifies,

Mentre il magma si raffredda e si solidifica,

many minerals within it crystallize at the same time and quickly run out of space.

lo stesso fanno i minerali al suo interno, esaurendo ben presto lo spazio.

And certain crystals, like turquoise,

E alcuni cristalli, come la turchese,

don’t grow into any discernible geometric shape in most environmental conditions,

non assumono forme riconoscibili in gran parte delle condizioni ambientali,

even given adequate space.

perfino avendo spazio adeguato.

Every crystal’s atomic structure has unique properties,

Ogni struttura atomica del cristallo ha proprietà uniche,

and while these properties may not have any bearing on human emotional needs,

e benché possano non aver alcun peso nei bisogni emotivi dell'uomo,

they do have powerful applications in materials science and medicine.

hanno straordinarie applicazioni nella scienza dei materiali e in medicina.