qual a forma da estrutura cristalina de um diamante

Num cristal a posição de cada um dos átomos, moléculas ou iões que o constituem, que para economia discursiva passaremos a designar (de forma menos correcta) por partículas, é determinada pelas posições ocupadas já existentes. Assim, no momento de cristalização, a partícula forma com as suas vizinhas um conjunto de ligações químicas (de qualquer tipo, indo das iónicas às ligações fracas) que determina a posição espacial que tenderá a ocupar.


Em resultado desse processo, forma-se uma estrutura tridimensional, mantida de forma mais ou menos rígida pelas ligações entre partículas, que se vai progressivamente propagando no espaço, formado assim um sólido que tenderá, pela expressão macroscópica desta ordenação interna, a ter uma forte tendência para a simetria. São esses os sólidos a que chamamos cristais.


As estruturas cristalinas ocorrem em todos os tipos de materiais com todo o tipo de ligações inter-moleculares e inter-atómicas.


Quase todos as ligações metálicas por nuvem de electrões coexistem com um estado policristalino, já que os metais em estado amorfo ou monocristalino raramente existem na natureza. A generalidade dos sais cristaliza, já que as ligações iónicas, formadas a partir da condensação de soluções, ou da solidificação de sais em fusão, formam malhas cristalinas muito estáveis. Daí que quase todos os sais em estado sólido sejam cristais. As ligações covalentes também são muito comuns em cristais, em particular em cristais orgânicos (como os açucares e as proteínas puras). Outro exemplo de cristais com ligações covalentes são o diamante e a grafite. Os polímeros em geral apresentam regiões cristalinas, mas o comprimento das cadeias dificulta a cristalização total. Para além as ligações atrás referidas, as forças de van der Waals assumem um importante papel na formação dos cristais, controlando a aproximação das moléculas e mantendo-as nos seus mínimos de enenergéticos.


Em geral, os cristais formam-se a partir de substâncias fluidas à medida que estas vão sofrendo solidificação ou precipitação (caso se trate de uma solução). A forma mais comum de cristalização consiste na existência de uma solução, a partir da qual o material que forma o cristal vai precipitando e, no processo, cada átomo ou molécula vai assumindo uma posição que é determinada pelos átomos ou moléculas vizinhas.




O Gálio é um metal que forma grandes cristais.A arrumação das partículas, e a sua persistência no lugar que ocupam na malha cristalina, é determinada pelo existência de um mínimo energético nessa posição, correspondente à optimização das ligações formadas entre as partículas.


Um exemplo típico deste processo é a formação de gelo: quando o movimento browniano induzido pela calor é suficientemente pequeno para permitir que as moléculas de água se liguem de forma estável (em água pura aos 0º C), as ligações entre as zonas de polarização eléctrica positiva e negativa das moléculas são imobilizadas por ligações de van der Waals (assim denominadas em homenagem a Johannes Diderik van der Waals), as quais as mantêm em posição. Em resultado, as moléculas da água vão sendo progressivamente presas na estrutura, formando-se o gelo. Devido à formação desta rede, e à redução de entropia que corresponde à ordenação das moléculas, o gelo tem uma energia interna inferior à da água, daí que seja necessário fornecer um calor de fusão (igual àquele que ele liberta quando solidifica) para o transformar novamente em água
É este calor de fusão que explica a estabilidade dos cristais e a tendência das substâncias puras, quando arrefecem, para assumir a forma cristalina (com elevada ordenação espacial).


Os materiais que quando solidificam não libertam um calor de fusão, como acontece com a solidificação de um vidro, apesar de em geral serem considerados sólidos, são, do ponto de vista termodinâmico, líquidos com viscosidade quase infinita, já que as suas partículas não atingiram um estado de mínimo energético.


Outra forma comum de cristalização, e a mais frequente em geologia, já que está presente nos magmas e nas soluções hidrotermais, é a precipitação a partir de uma solução. Um exemplo comum é o que acontece com as soluções sobressaturadas de sal comum (cloreto de sódio): quando a quantidade de sal em solução excede a que pode ser mantida àquela temperatura, os iões de Sódio e Potássio começam a agregar-se de forma estruturada (em geral em torno de impurezas ou de um cristal semente), crescendo rapidamente por remoção de sal da solução. O mesmo acontece com a formação dos cristais no magma: a partir do material fundido vão sendo precipitados cristais que crescem por agregação dos átomos que os constituem.


Embora menos comum, mas de forma alguma rara, é a formação de cristais a partir de um gás ou mistura gasosa. O exemplo mais comum é o crescimento dos cristais de neve na atmosfera por ressublimação, ou sublimação regressiva, ao ocorrer a passagem de vapor de água (um gás) directamente para sólido. O mesmo acontece com a formação de cristais de enxofre nas sulfataras e de outros cristais em torno das fumarolas.




Um policristal de quartzo, uma das substâncias cristalinas mais comuns na Terra.Em condições ideais, o resultado dos processos de cristalização seria a formação de um único cristal, no qual todos os átomos (ou moléculas) encontrassem o seu lugar numa malha cristalina comum. Na realidade, porque o processo se inicia em múltiplos lugares e é instável no seu desenvolvimento, forma-se em geral uma miríade de cristais que se vão fundindo (com as óbvias imperfeições daí resultantes), à medida que as suas superfícies de crescimento se interceptam. Os sólidos policristalinos assim formados, apesar de localmente manterem a simetria imposta pela malha cristalina, assumem formas complexas onde a simetria geral pode não ser imediatamente perceptível ou mesmo não existir.


Através de processos de deposição controlada, é possível crescer grandes monocristais, como por exemplo os necessários para aplicações fotoeléctricas. Devido às suas especiais propriedade (e beleza) são também criados cristais geminados, resultado de um crescimento simétrico em torno de um eixo predefinido.