Le proprietà fisiche mostrate dai solidi possono essere distinte in scalari, direzionali e vettoriali. Le proprietà scalari (per esempio la densità di un solido) assumono un valore che non dipende dalla direzione in cui viene effettuata la misurazione. Nel caso delle proprietà direzionali (per esempio la velocità di propagazione della luce in un solido) si può invece osservare che il valore misurato varia, nella maggior parte dei casi, con la direzione in cui nel solido viene verificata la proprietà fisica. Altre proprietà fisiche (per esempio la durezza) sono dette vettoriali perché la loro misura varia non solo con la direzione ma anche con il verso in cui la proprietà viene misurata. Quando effettuiamo una qualsiasi misurazione di una proprietà fisica direzionale o vettoriale può accadere che il solido sia anisotropo se la misura è effettivamente diversa al cambiare della direzione; se invece la misura rimane costante per qualsiasi direzione esaminata il solido è detto isotropo per quella proprietà fisica. La definizione di isotropia e anisotropia è direttamente legata alla definizione di stato cristallino, stato amorfo e vetroso. I solidi cristallini mostrano sempre anisotropia per almeno una proprietà fisica direzionale o vettoriale, quelli amorfi o vetrosi sono isotropi per tutte.
Fig. 1: cristallo cubico di salgemma e cella elementare.
 Fig. 2: Ossidiana– vetro vulcanico non organizzato in struttura cristallina, paragonabile, dal punto di vista fisico, a un liquido soprarraffreddato.
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 Fig. 3: Opale, forma amorfa del biossido di silicio. |
L’anisotropia è perciò una conseguenza della disposizione ordinata e periodica degli atomi mentre al contrario nei solidi amorfi o vetrosi, in cui non è presente l’ordinamento degli atomi, tutte le direzioni sono statisticamente equivalenti e perciò i valori di una proprietà fisica sono costanti in qualunque direzione vengano misurati. Oltre alla durezza, ossia la resistenza che il solido oppone ad essere scalfito da una punta, si è fatto cenno alla velocità di propagazione della luce o all’assorbimento della luce. Quest’ultimo è variabile con la direzione; infatti esaminando ad esempio un cristallo prismatico di rubino attraverso le due facce basali del prisma esso appare rosso intenso mentre attraverso una coppia di facce prismatiche risulta, a parità di spessore, rosso chiaro. Quindi l’assorbimento della luce è variabile in funzione della direzione (normale o parallela all’asse del prisma); se lo stesso esperimento viene condotto su un qualsiasi vetro colorato di rosso si osserva invece lo stesso colore in tutte le direzioni. Altri esempi di proprietà fisiche legate alla variazione direzionale o vettoriale di misurazione e quindi per le quali i cristalli mostrano anisotropia sono, oltre a quelle citate, la dilatabilità termica, varie proprietà elettriche e magnetiche, la velocità di corrosione per azione di un solvente, la sfaldabilità (ossia la proprietà dei cristalli di spezzarsi parallelamente a definiti piani), proprietà che in realtà è direttamente legata alla coesione, la velocità di accrescimento di un germe cristallino. Per non generare confusione si tenga comunque presente che perché una sostanza possa essere definita cristallina è sufficiente che abbia una sola proprietà variabile con la direzione e che comunque la stessa insorga spontaneamente e sia insita nella natura stessa della sostanza. Da ciò deriva innanzitutto il fatto che possono benissimo esistere dei cristalli che siano isotropi rispetto a diverse proprietà pur essendo, come richiede la definizione, anisotropi per altre proprietà. Inoltre la precisazione è necessaria perché in realtà sono riscontrabili anisotropie anche in solidi non cristallini; ma si tratta di solito di anisotropie ottiche che si manifestano con fenomeni di birifrazione (proprietà ottica per cui un raggio luminoso si scinde in due raggi che si propagano con velocità differente, parametro che dipende dall’indice di rifrazione caratteristico di ogni specie minerale.). Ad esempio per ottenere un vetro che non dia segni di birifrazione sono richieste tecniche particolari per evitare la formazione di tensioni interne. Quindi le anisotropie che possono manifestarsi non insorgono spontaneamente ma sono invece acquisite secondariamente in conseguenza di azioni meccaniche o di strutture morfologiche orientate determinate da disseccamento, accrescimento o altro.
Una trattazione più approfondita riguardo l’anisotropia delle proprietà fisiche dei cristalli non può comunque prescindere da un accurato studio della simmetria dei cristalli e della teoria soggiacente (teoria dei gruppi).
Una trattazione più approfondita riguardo l’anisotropia delle proprietà fisiche dei cristalli non può comunque prescindere da un accurato studio della simmetria dei cristalli e della teoria soggiacente (teoria dei gruppi).
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Bibliografia:
Bonatti, Franzini – Cristallografia mineralogica
Carobbi – Fondamenti di cristallografia e ottica mineralogica
Angelucci D. – Dispense
Bonatti, Franzini – Cristallografia mineralogica
Carobbi – Fondamenti di cristallografia e ottica mineralogica
Angelucci D. – Dispense