Materiais cristalinos são materiais nos quais os átomos estão dispostos de forma periódica

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Materiais cristalinos são materiais nos quais os átomos estão dispostos de forma periódica, isto é, estão num modo tridimensional repetitivo. Um cristal ideal pode ser construído pela repetição infinita de grupos idênticos de átomos e uma estrutura cristalina pode ser descrita pela combinação de uma base e de uma rede. A rede é uma descrição geométrica, enquanto a base define com os grupos de átomos que se repetem estão alocados em cada ponto da rede.
Uma estrutura cristalina também pode ser descrita como uma repetição de pequenas unidades denominadas células unitárias. O comprimento dos lados de uma célula unitária é chamado de parâmetro de rede.
Célula unitária (representada na figura ao lado): Consiste num pequeno grupo de átomos que formam um modelo repetitivo ao longo da estrutura tridimensional (analogia com elos da corrente). Dependendo da simetria e da geometria da célula unitária e de como os átomos se posicionam dentro dela, definem-se as diferentes estruturas cristalinas.
Sistema Cúbico ou Isométrico
O sistema cristalino cúbico (isométrico), em cristalografia, caracteriza-se por três eixos cristalográficos de mesmo tamanho e mutuamente perpendiculares. Possui quatro eixos ternários de rotação, o que permite um grande número de grupos espaciais (36). Como os três eixos cristalográficos têm o mesmo tamanho, os cristais desse sistema são equidimensionais, ou seja, não são nem alongados, nem achatados. O fato de o sistema chamar-se cúbico não significa que os cristais todos têm a forma de um cubo. Eles podem ser, por exemplo, octaedros, dodecaedros, etc. Os cristais do sistema cúbico têm uma característica que nenhum outro possui: isotropia térmica e óptica. Isso significa que a luz e o calor neles se propagam com a mesma velocidade, seja qual for a direção. Pertencem ao sistema cúbico os cristais de 7,8 % das espécies minerais conhecidas, entre elas diamante, ouro,granadas, prata, espinélio, pirita e sodalita.
O sistema cúbico é dividido em seis classes. Sendo elas:
Classe Hexaoctaédrica Simetria: Esta classe tem nove planos de simetria; três deles são conhecidos por planos axiais, porque cada um inclui dois eixos cristalográficos e seis chamamse planos diagonais, porque cada um se divide a ângulo em dois iguais, entre dois dos planos axiais. Essa simetria, a mais elevada possível nos cristais, define esta classe do sistema isométrico. Cada forma de cristal, nesta classe, deve mostrar sua simetria por completa. Os eixos cristalográficos podem ser localizados facilmente e o cristal ser orientado convenientemente. Formas: Cubo ou Hexaedro, Octaedro, Dodecaedro ou Rombododecaedro, Tetraexaedro, Trapezoedro ou Trioctaedro tetragonal, Trioctaedro ou Trioctaedro triagonal e Hexaoctaedro. Um grande grupo de minerais cristaliza-se na classe hexaoctaédrica. Alguns dos mais comuns são: ouro, prata, cuprita, cobre, halita, granada, fluorita, leucita, entre outros.
Classe Icositetraédrica Pentagonal
Simetria: os eixos de simetria são idênticos aos da classe hexaoctaédrica, contudo, não existem planos de simetria nem centro. Formas: Icositetraédrico pentagonal. Estas formas têm cada uma vinte e quatro faces que tem relação com uma com a outra como a mãe direita tem com a mãe esquerda. Todas as formas da classe hexaoctaédrica, com exceção do hexaoctaedro, podem estar presentes na classe icositetraédrica pentagonal. Nenhum mineral conhecido se se cristaliza na classe icositetraédrica.
Classe Hexatetraédrica Simetria: três eixos cristalográficos formam eixos de simetria aparente binária.
Quatro eixos diagonais formam eixos de simetria ternária. Existem seis planos diagonais de simetria.
Formas: Tetraedro, Tritetraedro, Deitoidedodecaedro e Hexatetraedro A tetraedrita e a tennantita são os únicos minerais comuns que ordinariamente mostram formas distintas hexatetraédricas.
Classe Diploédrica
Simetria: três eixos de simetria binária; os quatro eixos diagonais, emergindo cada um do meio de um oitante; são eixos de simetria ternária; os três planos axiais são planos de simetria. Formas: Piritoedro ou Pentagonododecaedro e Diploedro. Podem estar presentes nesta classe o cubo, o dodecaedro, o octaedro, o trapezoedro e trioctaedro. Em alguns cristais, estas formas podem aparecer isoladas e tão perfeitamente desenvolvidas que não podem ser distinguidas das formas da classe hexaoctaédrica. O principal mineral desta classe é a pirita.
Classe Tetartoédrica
Simetria: Os eixos de simetria são os mesmos que os da classe diploédrica, mas não existem planos de simetria nem centro. Formas: Existem quatro formas distintas de tetartoedro. São elas: positivo direito, positivo esquerdo, negativo direito, negativo esquerdo. Eles compreendem dois pares enantimorfos. Outras formas que podem estar presentes são o cubo, o dodecaedro, piritoedros, tetraedros e os deltoidedodecaedros. A cobalita e a ullmanita são os representantes minerais mais comuns que se cristalizam nesta classe.
Dentro de um sistema cristalino existe um conjunto de cristais cujos eixos cristalográficos são iguais nas suas dimensões relativas, apresentando relações angulares gerais constantes. Os eixos são:
a: frontal observador b: perpendicular aos outros dois c: vertical
Devido as células unitárias formarem uma estrutura cúbica, todos os ângulos são de 90º.
Acatassolamento Asterismo
Brilho
Clivagem
Cor
Densidade
Diafaneidade
Dupla refração da luz
Dureza
Fratura
Iridescência
Jogo de cores Luminescência
Magnetismo
Opalescência
Partição
Piezeletricidade
Pireletricidade
Pleocroísmo
Refração e luz
Tenacidade
Traço ou risco
Para falarmos das características externas do sistema cristalino cúbico, tomaremos como exemplo o Diamante e Pirita.
CLIVAGEM DUREZA DENSIDADE (g/cm³) FRATURA BRILHO COR TRAÇO REFRAÇÃO E LUZ
Conchoidal Adamantino
Transparente, branco, cinza, preto, amarelo, castanho e raramente vermelho e azul
CLIVAGEM DUREZA DENSIDADE (g/cm³) OPACIDADE BRILHO COR TRAÇO
Octaédrica 4 3,18 Transparente à translúcida vítreo Incolor, amarelo, róseo branco
Clivagem: é a habilidade dos cristais de se partir ao longo de direções cristalográficas preferenciais com a formação de uma superfície lustrosa. Na caracterização dos minerais as clivagens são descritas como:
• clivagem perfeita: o cristal se separa em placas de superfície perfeita (ex: micas) • clivagem boa: a separação se dá em certas direções, muitas vezes formando superfícies em degraus (ex: calcita, cianita) • clivagem distinta: quando ocorre a formação de superfícies iguais e desiguais por quebramento (ex: feldspatos, hornblenda) • clivagem imperfeita: as superfícies de clivagem são irregulares (ex: berilo)
• clivagem ausente: não apresenta plano de clivagem (ex: quartzo)
DUREZA: A dureza (D) de um mineral é a resistência que sua superfície oferece ao ser riscada. Será adotada a escala de dureza de MOHS, estabelecida em 1824, na qual dez minerais comuns são ordenados em relação a resistência que oferecem ao risco. A escala de Mohs não é linear e é adimensional. Diz-se que o mineral tem dureza 5 ou 3, por exemplo, na escala de Mohs.
DENSIDADEESPECÍFICAOURELATIVA: Densidade é o número de vezes que o mineral é mais pesado que o peso de um volume igual de à 4º C. Alguns minerais, muito semelhantes em outras propriedades macroscópicas, podem possuir densidades bem diferentes.
FRATURA: é uma superfície de quebra de cristal que não segue qualquer direção cristalográfica preferencial, os principais tipos são:
• fratura conchoidal; • fratura fibrosa ou estilhaçada;
• fratura serrilhada;
• fratura desigual ou irregular.
BRILHO: refere-se à aparência do mineral à luz refletida. O brilho de um mineral pode ser dividido em:
• metálico – brilho semelhante a um metal. • não-metálico – outros tipos de brilhos observados nos minerais.
COR: consequência da absorção de certos comprimentos de onda do espectro da luz branca que incide sobre ele. Depende da composição química (verde, azul ~ Cu, vermelho ~ Fe), estrutura cristalina (diamante, grafita), presença de impurezas(variedades de quartzo). Alguns autores consideram como fundamentais as seguintes cores dos minerais: branco, cinza, preto, azul, verde, amarelo, vermelho e castanho.
Quanto à cor os minerais podem ser:
• idiocromáticos: minerais que possuem cor constante. Possuem um elemento cromóforo como constituinte principal. • alocromáticos: são minerais cuja cor é devido à impureza (elemento traço) ou à defeitos eletrônicos e estruturais (chamados de centros de cor). O traço destes minerais, normalmente, é incolor ou fracamente colorido. ex: esmeralda (verde), rubi (vermelho) e topázio, berilo e turmalina, que apresentam cores variadas. • pseudocromáticos: são minerais cuja cor se deve a efeitos óticos, tais como, difração e interferência luminosa. ex: opala, feldspatos.
TRAÇO: é uma propriedade diagnostica do mineral, visto que mesmo com variações de cor na mesma espécie mineral a cor do traço é constante. Minerais cujo traço é distintivo são:
• hematita - castanho-avermelhado à vermelho • goethita- castanho-amarelado
• pirita - negro
• calcopirita - negro-esverdeado
2 Fluorita 1 Diamante
Os minerais, como já se observou, podem desenvolver-se segundo formas geométricas definidas e, neste caso, segundo um sistema cristalino. Cada cristal se desenvolve sempre segundo um desses sistemas, esta é uma propriedade física inerente a eles. Um dos pilares fundamentais do estudo dos minerais, e um dos elementos determinantes na sua classificação, é a determinação da sua estrutura cristalina (ou ausência dela), já que esse fator determina, a par com a composição química, a generalidade das propriedades do material e fornece indicações claras sobre os processos e ambientes geológicos que estiveram na sua origem, bem como o tipo de rochas de que poderá fazer parte.