Os sete tipos de cristais - a geometria impressionante que vem de uma rede atômica

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Os sete tipos de cristais - a geometria impressionante que vem de
uma rede atômica
Os cristais são substâncias sólidas onde átomos, moléculas ou íons são embalados em um padrão altamente
ordenado e repetido que se estende em todas as três dimensões. Este arranjo especial não apenas concede cristais
com sua beleza geométrica hipnotizante, mas também sustenta uma vasta gama de propriedades físicas que
definem o mundo material ao nosso redor.
Embora os cristais se manifestem em uma variedade surpreendente de formas, cada um deles pertence a um dos
sete sistemas de cristal distintos. Esses sistemas, que vão desde o sistema cúbico altamente simétrico até o sistema
triclínico menos ordenado, ressaltam a rica diversidade e complexidade inerentes ao reino mineral. Vamos
mergulhar.
Visão geral dos principais tipos de geometrias de cristal
A geometria dos cristais pode ficar muito complicada muito rapidamente. Antes de explorá-lo em detalhes, vamos
mencionar os principais tipos de cristais e suas principais características.
Os sete tipos de sistemas de cristal são:
cúbico (ou isométrico), onde os eixos cristalinos têm igual comprimento e se encontram em ângulos retos;
tetragonal, com dois eixos iguais e um eixo mais longo ou mais curto, todos se cruzando em ângulos retos;
ortorrômbis, com três eixos diferentes, todos que se cruzam em ângulos retos;
hexagonal, com quatro eixos em que três têm igual comprimento e estão no mesmo plano em ângulos de 120
graus entre si, e o quarto eixo é perpendicular;
trigonal (ou rombohédrico), semelhante ao hexagonal, mas com um eixo tríplice de simetria; monoclínica,
com três eixos de comprimento desigual, dois cruzamentos em ângulo reto, e o terceiro eixo encontra os
outros em um ângulo diferente de 90 graus;
e triclínica, onde todos os três eixos são de comprimentos diferentes e se encontram em ângulos que não são
90 graus.
Crédito da imagem:
Wikimedia Commons.
Cristalografia básica
A cristalografia é a ciência dos cristais e seu arranjo de átomos, moléculas ou íons dentro de uma grade estruturada,
conhecida como rede. Esta disciplina unge a geologia, a física, a química, a biologia e a ciência dos materiais. Seu
principal objetivo é desvendar as estruturas atômicas e moleculares de materiais cristalinos.
Os átomos de um cristal são dispostos em uma estrutura de treliça repetitiva devido aos princípios de energia
mínima e máxima estabilidade que governam as interações atômicas. Na fase sólida, átomos, íons ou moléculas
tendem a se organizar na configuração de energia mais estável e mais baixa possível, o que resulta em um padrão
periódico e ordenado que se estende em todas as três dimensões espaciais.
Este arranjo minimiza a energia potencial do sistema, otimizando as distâncias e ângulos entre as partículas
vizinhas, levando a ligações químicas fortes e estáveis e uma estrutura rígida.
A estrutura atômica do
cristal de pirita acima
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mencionado. Imagem
via Wiki Commons.
A rede repetitiva não só define a estrutura interna do cristal, mas também influencia a sua forma macroscópica, as
propriedades físicas e a forma como interage com a luz e outras formas de energia. Este padrão ordenado é uma
característica fundamental dos materiais cristalinos, em oposição aos materiais amorfos, como o vidro, onde os
átomos são dispostos de forma mais aleatória e menos estruturada.
Este conhecimento não só fornece insights sobre a geologia de cristais, mas também tem aplicações práticas em
vários campos. Estes incluem mineralogia, farmacologia e nanotecnologia, tornando a cristalografia uma pedra
angular da ciência e do avanço tecnológico.
Tipos de sistemas de cristal
O zircão é um mineral no sistema tetragonal. Imagem via Wiki Commons.
Os cristais são agrupados em sete sistemas primários, cada um distinguido pelo seu grau de simetria e pelos
comprimentos e ângulos de seus eixos de treliça. Estes sistemas formam a espinha dorsal da cristalografia.
Sistema cúbico ou isométrico
O sistema cúbico é caracterizado por seu alto grau de simetria, com três eixos de igual comprimento se cruzando em
ângulos retos. Este sistema é sintetizado por minerais como a pirita (FeS2), conhecida por seus cristais cúbicos
perfeitos, e diamante (C), conhecido por sua dureza e brilho. O sistema cúbico inclui geometrias como o cubo,
octaedro e docaedro, cada um exibindo um conjunto único de rostos que são simétricos em vários eixos.
Exemplos de cristais no sistema cúbico: Pyrite (FeS2), Diamante (C), Garnet (fórmula geral: X3Y2 (SiO4)3) e
Galena (PbS).
Sistema Tetragonal
No sistema tetragonal, os cristais têm dois eixos de igual comprimento e um terceiro eixo que é mais longo ou mais
curto, mas todos os três se cruzam em ângulos retos. Este sistema permite uma variedade de formas, embora com
menos simetria do que o sistema cúbico.
Exemplos de minerais no sistema tetragonal: Zircão (ZrSiO4), Rutile (TiO2) e Scheelite (CaWO4).
Sistema Orthorhomíbio
O sistema ortorrômbico possui três eixos de diferentes comprimentos, cada um se cruzando em ângulos retos.
Minerais neste sistema tipicamente produzem cristais alongados ou tabulares. Apesar de sua menor simetria, o
sistema ortorrômbico oferece uma rica diversidade de formas cristalinas.
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Exemplos de cristais no sistema ortorrômbico: Olivina ([(Mg, Fe)2SiO4]), Topaz (Al2SiO4(F,OH)2) e Aragótido
(CaCO3).
Sistema hexagonal
Este sistema é definido por quatro eixos - três de comprimento igual que se cruzam em ângulos de 60 graus em um
plano e um quarto eixo perpendicular de um comprimento diferente. O sistema hexagonal é notável por seu eixo de
simetria de seis vezes.
Exemplos de cristais no sistema hexagonal: Beryl (Be3Al2Si6O18) e Apatite (Ca5(PO4)3(F,Cl, OH)).
Sistema Trigonal
Os cristais de quartzo são alguns dos mais conhecidos
Uma subdivisão do sistema hexagonal, o sistema trigonal apresenta cristais com um único eixo de rotação de três
vezes. Os cristais desta natureza normalmente exibem formas de cristal rombohédrico ou escalenohédrico. Este
sistema preenche a lacuna entre a simetria hexagonal e comportamentos cristalográficos mais complexos.
Exemplos de cristais no sistema trigonal: Quartzo (SiO2) Calcite (CaCO3), Cinnabar (HgS) e Rhodochrosite
(MnCO3).
Sistema de Monoclínicas2
Os cristais monoclínicos têm eixos de comprimentos desiguais, com dois cruzando-se em ângulos retos enquanto o
terceiro está inclinado. Este sistema tem erro que tendem a formar cristais prismáticos ou tabulares. O sistema
monoclínico é caracterizado por sua falta de orientações de alta simetria.
Exemplos de cristais no sistema monoclínico: cimento (CaSO4-2H2O), Ortoclase (KAlSi3O8) e Clinopirroxene
(fórda geral: (Ca,Mg,Fe, Al)(Si,Al)
Sistema de Triclínicas
Gestales de cristal triclínico.
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O sistema triclínico, sem machados de igual comprimento e nenhum que se cruze em ângulos retos, representa os
cristais menos simétricos. Minerais neste sistema tendem a produzir formas irregulares ou distorcidas. Este sistema
exemplifica a diversidade e complexidade das estruturas cristalinas.
Exemplos de cristais no sistema triclínico: Turquesa (CuAl6(PO4)4(OH)8-4H2O), Kyanite (Al2SiO5) e Albite
(NaAlSi3O8).
As propriedades dos cristais
A beleza hipnotizante e a vasta gama de propriedades físicas dos cristais são um resultado direto de suas estruturas
internas ordenadas. Aqui estão algumas propriedades importantes:
Propriedades ópticas
Os cristais interagem com a luz de maneiras únicas, uma característica que é crucial em aplicações que vão desde
jóias a instrumentos ópticos. Birefringência, por exemplo, é uma propriedade exibida por cristais como a calcita,
onde um único raio de luz que entra no cristal é dividido em dois raios, cada um viajando em velocidades diferentes.
Este fenômeno é usado em microscópios polarizadores e dispositivos ópticos. A cor dos cristais também pode ser
intrínseca, devido à presença de certos elementos, ou induzida, como visto em diamantes coloridos onde defeitos
estruturais ou impurezas alteram a cor do cristal.
Propriedades mecânicas
A dureza de um cristal, uma medida de sua resistência a arranhões ou recuos, varia muito entre os minerais. O
diamante, o material natural mais duro conhecido, deve sua dureza incomparável à forte ligação covalente entre
seus átomos de carbono dispostos em uma estrutura cristalina cúbica. fracturePropriedades de clivagem e fraturas
descrevem como um cristal se rompe ou se divide ao longo de certos planos. Essas características são críticas em
corte de gemas, mineralogia e ciência dos materiais.
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