Scoperta rivoluzionaria sul comportamento dei cristalli di sale: il fenomeno del salt creep osservato per la prima volta a livello mono-cristallino. Impatti su arte, ambiente e tecnologia
Il sale che si muove da solo: osservato per la prima volta il fenomeno del “salt creep” a scala mono-cristallina.
Il salt creep, un fenomeno che si verifica sia in natura che nei processi industriali, descrive la formazione e la migrazione dei cristalli di sale da soluzioni in evaporazione verso superfici solide. Una volta iniziata l’accumulazione, i cristalli “scalano” le superfici, allontanandosi dalla soluzione. Questo comportamento strisciante può causare danni o essere sfruttato in modo utile, a seconda del contesto.
Una nuova ricerca pubblicata sulla rivista Langmuir (1) ha documentato per la prima volta il salt creep a livello di singolo cristallo e sotto il menisco di un liquido — un’area finora solo ipotizzata, mai osservata direttamente.
«Il nostro studio non solo mostra come inizia il salt creep, ma anche perché e quando si verifica», spiega Joseph Phelim Mooney (2), ricercatore postdoc presso il Device Research Laboratory del MIT e co-autore dello studio. «Speriamo che questa comprensione possa aiutare chi si occupa di scarsità d’acqua, conservazione di opere d’arte o progettazione di infrastrutture più resistenti».
Questa scoperta offre una visualizzazione diretta della crescita dei cristalli di sale e della loro interazione con le superfici sotto il menisco liquido — un processo teorizzato da decenni ma mai confermato. Le implicazioni sono vaste: dall’estrazione mineraria alla dissalazione, dai rivestimenti anti-incrostazione alla progettazione di membrane per la separazione, fino alla conservazione artistica, dove il danno da sale rappresenta una seria minaccia per i materiali storici.
La scoperta che può rivoluzionare ingegneria e conservazione artistica
Nell’ingegneria civile, questa ricerca aiuta a spiegare quando e perché i cristalli di sale iniziano a crescere su materiali come cemento, pietra e superfici edilizie. Secondo Joseph Phelim Mooney, ricercatore al MIT, «Questi cristalli possono esercitare pressione, provocando crepe o sfaldamenti e riducendo la durata delle strutture nel tempo». Identificando il momento esatto in cui il sale comincia a “strisciare”, gli ingegneri potranno progettare rivestimenti protettivi e sistemi di drenaggio più efficaci per prevenire danni strutturali.
Nel campo della conservazione dei beni culturali, dove il sale può danneggiare gravemente affreschi, murales e reperti antichi, spesso agendo sotto la superficie prima che il danno sia visibile, lo studio permette di individuare le condizioni precise che innescano la migrazione del sale. Questo consente ai restauratori di intervenire in modo tempestivo e mirato, proteggendo meglio le opere d’arte e i materiali storici.
La ricerca ha avuto origine durante la Marie Curie Fellowship di Mooney al MIT, dove si concentrava sul miglioramento dei sistemi di dissalazione. «Mi sono subito imbattuto nell’accumulo di sale come ostacolo principale», racconta. «Il sale era ovunque: ricopriva le superfici, ostruiva i canali di flusso e comprometteva l’efficienza dei nostri progetti. Mi sono reso conto che non capivamo davvero come e perché il sale inizi a muoversi sulle superfici».
La scoperta che migliora dissalazione, tecnologie ambientali e recupero minerale
L’esperienza di Joseph Phelim Mooney lo ha portato a collaborare con altri ricercatori per approfondire i meccanismi della cristallizzazione del sale all’interfaccia aria–liquido–solido. «Volevamo osservare da vicino il momento esatto in cui il sale inizia a muoversi, così abbiamo utilizzato la microscopia a raggi X in situ», spiega. «Quello che abbiamo scoperto ci ha offerto un nuovo modo di pensare all’incrostazione delle superfici, al degrado dei materiali e alla cristallizzazione controllata».
Questa nuova ricerca potrebbe rivoluzionare il controllo dei processi di cristallizzazione necessari per rimuovere il sale dall’acqua nei sistemi a scarico liquido zero (zero-liquid discharge). Inoltre, aiuta a comprendere quando e come si formano incrostazioni sulle superfici degli impianti, e può supportare tecnologie ambientali emergenti che si basano su un controllo intelligente dell’evaporazione e della cristallizzazione.
Lo studio ha anche importanti applicazioni nell’estrazione di sali e minerali, dove il fenomeno del salt creep può rappresentare sia un ostacolo che un’opportunità. «Capendo la fisica esatta della formazione del sale sulle superfici», afferma Mooney, «gli operatori possono ottimizzare la crescita cristallina, migliorando i tassi di recupero e riducendo le perdite di materiale».
Osservato per la prima volta il meccanismo che innesca la crescita spontanea
Utilizzando la microscopia a raggi X in situ, i ricercatori hanno osservato per la prima volta un singolo cristallo di sale che si “ancora” alla superficie, dando il via a una reazione a catena di crescita cristallina. «Era stato ipotizzato da tempo, ma noi lo abbiamo catturato in diretta con i raggi X», racconta Mooney. «Sembrava di assistere al momento microscopico in cui tutto cambia: il punto di innesco di un processo auto-propagante».
Ancora più sorprendente è stato ciò che è accaduto dopo: il cristallo non si è limitato a crescere passivamente, ma ha attraversato l’interfaccia liquido-aria, modificando il menisco e creando le condizioni ideali per la formazione del cristallo successivo. Questo meccanismo sottile e ricorsivo non era mai stato documentato visivamente prima d’ora. Osservarlo in tempo reale ha cambiato radicalmente la comprensione della cristallizzazione del sale.
Lo studio è stato condotto da un team internazionale guidato da Joseph Phelim Mooney del MIT Device Lab, insieme ai colleghi Omer Refet Caylan, Bachir El Fil (oggi professore associato alla Georgia Tech), Lenan Zhang (professore associato alla Cornell University), Jeff Punch e Vanessa Egan dell’Università di Limerick, e Jintong Gao della Cornell.
Riferimenti:
(1) In Situ X-ray Microscopy Unraveling the Onset of Salt Creeping at a Single-Crystal Level
Descrizione foto: Una nuova ricerca del MIT Device Lab dimostra per la prima volta come il sale possa “strisciare” a scala di cristallo singolo, proprio sotto il menisco del liquido. Questo fenomeno mai osservato prima apre nuove prospettive nella scienza dei materiali e nella microfluidica. - Credit: Massachusetts Institute of Technology.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Creeping crystals: Scientists observe “salt creep” at the single-crystal scale