Cap 8

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CRISTALOGRAFIA 
CAPÍTULO I 
CRISTAIS: 
 GÊNESE, ESTRUTURA E PROPRIEDADES ELEMENTARES 
 
 
1.1. DEFINIÇÕES E CONCEITOS BÁSICOS 
 
 
 Cristal, por definição, é uma forma geométrica regular assumida pela ocorrência 
associativa de um ou mais elementos químicos, e devida ao seu arranjamento molecular fixo 
(arquitetura construtiva). 
 Sob condições favoráveis, essa “arquitetura” interna tridimensional pode refletir-se 
externamente (na forma do crescimento do mineral) resultando em superfícies limitantes 
planas e lisas. 
 Ao estudo das leis que regulam o crescimento, estrutura interna e a forma externa de 
um mineral denominamos cristalografia. 
 A terminologia, cristalino, geralmente é usada para qualificar um arranjo ordenado 
dos átomos da estrutura de um composto qualquer. 
 O termo cristal é usado, normalmente, para fazer referência à concepção de cristal, 
acima definida, desde que o mesmo apresente forma limitada externamente por superfícies 
planas e lisas. 
 Observamos, porém, que essas formas externas dos cristais podem não se apresentar 
como superfícies perfeitamente bem formadas, planas e lisas (faces do cristal). Dessa forma, 
podemos qualificar o cristal em euédrico ou idiomórfico, subédrico (subidiomórfico) e 
anédrico (informe). 
 A saber: 
 Euédrico Æ quando o cristal apresenta as faces perfeitamente desenvolvidas; 
 Subédrico Æ o cristal apresenta-se com suas faces imperfeitamente desenvolvidas; 
 Anédrico Æ quando o cristal não apresenta faces. 
 
 Designa-se por microcristalino, ao agregado cristalino de dimensões minúsculas, 
visível somente por auxílio de microscópio óptico. 
 O termo criptocristalino é reservado a agregados de dimensões tão diminutas que 
não podem ser vistos nem mesmo por microscópios ópticos. Antigamente eram detectados 
apenas por difração de “raios-X”. Atualmente, são visíveis através de microscopia eletrônica. 
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 Uma substância não cristalina é aquela que não possui qualquer estrutura interna 
ordenada, embora sendo sólida. Tais substâncias são classificadas como amorfas. 
 Mineral, excetuando-se raros casos, possui uma composição química definida e, 
consequentemente, uma “arquitetura” construtiva ordenada. Às substâncias amorfas de 
ocorrência natural denominamos mineralóides. 
 
EXERCÍCIOS DE ASSIMILAÇÃO 
Defina, se possível com suas palavras: 
Cristalografia: 
Cristal: 
Mineral: 
Agregado cristalino: 
Cristal idiomórfico (euédrico): 
Cristal subidiomórfico (subédrico): 
Cristal informe (anédrico): 
Microcristalino: 
Criptocristalino: 
Substância amorfa: 
 
Questões: 
 
Qual a diferença entre mineral e cristal? 
Defina mais pormenorizadamente mineralóide, dê exemplos. 
 
 
1.2. PROCESSOS DE CRISTALIZAÇÃO 
 
 Reconhecemos três maneiras características, pelas quais, uma substância qualquer 
pode cristalizar-se: 
 
1. Cristalização a partir de uma solução; 
2. Cristalização a partir de uma massa em fusão; 
3. Cristalização a partir de um vapor. 
 
 No primeiro caso; a solução sofre evaporação do solvente. Este, não podendo mais 
ficar retido em solução, por falta de solvente, precipita-se. Quanto mais lenta for a evaporação 
do solvente, igualmente lenta será a precipitação do soluto, e portanto, mais bem definidos 
serão os cristais resultantes do processo. 
 Além da evaporação do solvente, acima descrito, podemos verificar o mesmo 
fenômeno através da diminuição da temperatura de um soluto; ou ainda pelo decréscimo de 
pressão no mesmo. Resumindo – um cristal pode ser formado a partir de uma solução: pela 
evaporação do solvente; pela queda de sua temperatura; ou ainda, por decréscimo em sua 
pressão. 
 Ex.: Solução de NaCl em água. 
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 No segundo caso – cristalização a partir de uma massa em fusão – o fenômeno é 
semelhante ao primeiro caso. A “precipitação” ocorre por diminuição da temperatura da 
substância fundente. Na realidade, com a diminuição da temperatura ou pressão, os átomos 
que antes estavam excitados por conta da energia térmica do meio, podem agora unir-se em 
combinação química, através de ligações com energias pertinentes ou possíveis, dentro do 
estágio energético do meio; concluindo assim, paulatinamente, para a formação dos cristais. 
 Ex.: água Æ gelo; e minerais em câmara magmática. 
 No terceiro e último caso – cristalização a partir de um vapor – os princípios são 
os mesmos: os átomos dissociados unem-se cada vez mais, à medida que o vapor se resfria. O 
produto final, com o resfriamento acentuado é a total cristalização da massa. 
 Ex.: vapor d’água Æ flocos de neve; e vapores impregnados de enxofre nas 
fumarolas dos vulcões Æ cristais de enxofre. 
 
EXERCÍCIOS DE ASSIMILAÇÃO 
Descreva, se possível com suas palavras: 
A cristalização de uma substância a partir de: uma solução; uma massa fundente; um vapor. 
 
 
1.3. ESTRUTURA DOS CRISTAIS 
 
 Denominamos, cela unitária de um cristal, à menor unidade molecular que mantém 
todas as características químicas, tais como: composição, propriedades físicas, químicas e 
ópticas. 
 Dessa forma podemos dizer que um determinado cristal é formado pelo acoplamento 
(repetição) tridimensional de suas celas unitárias. 
 As celas unitárias de um cristal dispõem-se como pontos em um retículo 
tridimensional, de tal maneira que todos possuem vizinhanças idênticas. O retículo é definido 
pelas 3 direções do espaço e pelas distâncias ao longo delas, nas quais o desenho é repetido. 
 Bravais (1848) demonstrou ser possível, geometricamente, a construção de apenas 7 
sistemas cristalinos, ou 14 tipos de retículos espaciais; pois, tentativas de outras combinações 
de pontos não obedeciam à regra geral, de que a vizinhança em torno de cada ponto fosse 
idêntica àquela em torno de todos os outros pontos. (figura 1 e tabela 1) 
 A maioria dos cristais é constituída por íons, ou grupos de íons, unidos entre si por 
forças elétricas que se originam das cargas opostas. 
 O arranjo espacial desses íons, ou grupos iônicos, e a natureza e intensidade das 
forças elétricas que os unem geram a estrutura do cristal. 
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 Uma cela unitária não pode ser pequena a ponto de ser confundida a um único 
átomo, pois as relações entre os átomos e as forças que os unem são condições decisivas para 
determinar as propriedades dos cristais. 
 O número de átomos em uma cela unitária é normalmente um número inteiro 
pequeno, ou um múltiplo do número mostrado pela fórmula química simplificada. Qualquer 
subdivisão menor não conservaria as propriedades do espécime. 
 Ex.: 3 (SiO2) no Qz; 4 (NaCl) na Halita 
 
 
 
1.4. PROPRIEDADES INERENTES À ESTRUTURA DOS CRISTAIS 
 
 
 Podemos comprovar a existência da estrutura interna dos cristais através de certas 
propriedades que os mesmos exibem: 
 
1.4.1. Forma Externa ou Hábito: 
 Ao considerarmos que os cristais são formados pela justaposição tridimensional da 
sua cela unitária, poderemos entender que as superfícies limitantes do cristal, irão depender 
tanto do formato da cela como do ambiente (temperatura, pressão, natureza da solução, 
velocidade de crescimento do cristal, tensão superficial e direção de fluxo da solução) em que 
este se forma. (figura 2 e 3) 
 Ex.: Galena (cúbica e octaédrica); fluorita (cúbica e octaédrica) 
 
 A posição das faces de um cristal é determinada pelas suas direções que passam por 
um maior número de nós da sua estrutura cristalina. Ou melhor; a freqüência com que uma 
certa face ocorre é diretamente proporcional ao número de nós que ela intercepta (lei de 
Bravais). (figura 4) 
 
1.4.2. Clivagem: 
 É a propriedade que os cristais possuem de partirem-se em planos lisos, paralelos às 
possíveis faces dos retículos cristalinos. 
 Existem cristais que possuem uma clivagem excelente. É o caso da muscovita, um 
mineral do grupo das micas que lembra um “bloco de papéiscelofane”; cada “folha” é um 
plano de separação do cristal; ou seja, é o plano de clivagem, que representa o plano de 
menor resistência do retículo cristalino da muscovita (plano que contem as forças de ligações 
químicas mais fracas). O cristal de calcita é outro exemplo de clivagem; neste caso, 
romboédrica (figura 5). 
 
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1.4.3. Propriedades Ópticas: 
A luz, ao atravessar a maioria dos cristais não o faz homogeneamente, mas sim 
mudando de velocidade e refratando-se. Isso ocorre devido à estrutura interna dos cristais. O 
exemplo mais clássico desse fenômeno é observado num cristal de calcita Como 
conseqüência, ao se observar uma imagem através do cristal transparente (figura 5), veremos 
essa imagem duplicada; e quanto mais espesso for o cristal, mais separadas ficarão as 
imagens. 
 
 
 
Figura 5 – Birrefringência do mineral calcita. Fonte: Milovski e Kononov (1988). 
 
 
 
 
 
EXERCÍCIOS DE ASSIMILAÇÃO 
Defina, se possível com suas palavras: 
Cela unitária: 
Propriedades inerentes à estrutura dos cristais: 
Forma externa: 
Lei de Bravais: 
Clivagem: 
Birrefringência: 
 
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1.5. PROPRIEDADES VETORIAIS DOS MINERAIS 
 
 
Ao entendermos que os cristais possuem estrutura tridimensional ordenada podemos 
conceber que os mesmos, ao serem cortados por um plano qualquer, exibirão faces compostas 
por associações atômicas diferentes. 
 
Exemplo: O modelo de empacotamento da halita ilustrado na figura 6, mostra o Cl 
(esferas pretas) e o Na (esferas brancas) num arranjo cubo-octaedro. Notar que: 1 – os planos 
paralelos às faces do cubo exibem átomos alternados de Cl e Na ou filas homogêneas 
paralelas às diagonais das faces; e 2 - os planos que cortam os vértices do cubo (45º com as 
faces) contém somente Cl ou somente Na, formando planos de átomos mais espaçados entre 
si. 
 
Do acima exposto, podemos concluir que existem propriedades dos cristais que 
dependem da face (direção) a qual estamos experimentando. Essas propriedades que variam 
com a direção do plano no cristal são denominadas vetoriais. 
 
 
Algumas propriedades vetoriais dos cristais: 
 
1.5.1. Dureza 
 
É a resistência que um cristal oferece à abrasão; a qual é obtida pelo grau de 
dificuldade oferecida ao tentarmos riscá-lo com outro material. Na prática, a dureza de 
qualquer cristal pode ser medida através da comparação por equivalência com a dureza de um 
dos minerais da Escala de Mohs (tabela 2). Para tanto, basta tentarmos riscar o cristal de 
dureza desconhecida sucessivamente com cada um dos minerais da Escala de Mohs. Dizemos 
que um cristal possui dureza 4, por exemplo, quando ele risca um de dureza 3, e é riscado por 
outro de dureza 5. Em alguns cristais a dureza varia, com a direção cristalográfica, de maneira 
muito pronunciada. 
Exemplo dessa variação ocorre no mineral cianita que possui dureza 5, na direção 
paralela ao comprimento maior dos cristais alongados, e apresenta dureza 7 na direção 
perpendicular. 
 
 
Tabela 2. Escala de Mohs* (* escala relativa; na prática o diamante é 140 vezes mais duro que o coríndon) 
 
1 Talco 
 
(é riscado até pelas unhas) 
 
6 Ortoclásio (risca o vidro) 
2 Gipsita 
 
(é riscado até pelas unhas) 
 
7 Quartzo (risca o vidro) 
3 Calcita 
 
(é riscado por aço e vidro) 
 
8 Topázio (corta o vidro) 
4 Fluorita 
 
(é riscado por aço e vidro) 
 
9 Coríndon (corta o vidro) 
5 Apatita 
 
(é riscado por aço e vidro) 
 
10 Diamante (corta o vidro) 
 
 
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1.5.2. Condutibilidade Elétrica 
 
É a propriedade que os cristais possuem, de permitir a passagem da eletricidade 
através de si. Conforme a orientação do deslocamento através do cristal, este permitirá uma 
maior velocidade ou não na passagem da eletricidade. 
 Exemplo da aplicabilidade do caráter direcional da condutibilidade elétrica dos 
cristais é dado pelo silício e germânio cujos fragmentos diminutos devem ser orientados 
cristalograficamente a fim de permitir a passagem correta de eletricidade através de si quando 
empregados como diodos. 
 
1.5.3. Expansibilidade Térmica 
 
É a propriedade que os cristais possuem de expandirem-se diferentemente quanto às 
possíveis direções cristalográficas. 
 Exemplo dessa propriedade é observado nos rubis, pois a grande dureza destes reduz 
o desgaste de rolamentos. Porém, o rubi quando aquecido, expande-se vetorialmente 
tornando-se não esférico. Essa propriedade reflete também na resistência ao choque térmico 
que os materiais podem sofrer. O vidro de quartzo, que tem uma estrutura interna muito 
menos regular (líquido) que a do próprio quartzo (amorfa), é mais resistente ao choque 
térmico do que o mineral. 
 
1.5.4. Velocidade de Crescimento (Propriedade Descontínua) 
 
Está ligada com a densidade de átomos num determinado plano. Ou seja, quanto 
menos pontos, maior a velocidade. Os planos AF, AD e AE da figura 04 crescerão com maior 
velocidade que os planos AB e AC, pois, necessitam de menor número de átomos (pontos) 
por unidade de espaço. 
É interessante notar que, quanto mais distantes os pontos, uns dos outros, maior será 
a energia de ligação e portanto menos estáveis serão esses planos frente ao ataque químico 
(corrosão). Portanto, a velocidade de dissolução de um cristal também está intimamente 
ligada à estrutura interna do cristal. 
 
1.5.5. Clivagem (Propriedade Descontínua) 
 
Como já vimos, a clivagem reflete a estrutura interna do cristal pois ela, 
preferencialmente, ocorre ao longo dos planos através dos quais as forças de ligação são mais 
fracas. 
 
 
EXERCÍCIOS DE ASSIMILAÇÃO 
Defina, se possível com suas palavras: 
Propriedades vetoriais dos cristais: 
Dureza: 
Condutibilidade elétrica: 
Expansibilidade térmica: 
Propriedades vetoriais contínuas: 
Propriedades vetoriais descontínuas: 
Velocidade de crescimento: 
Velocidade de dissolução: