4.2.2 Cristais

Do grego cristal ( (krstallo) = gelo), cujo significado original era associado substncia quartzo (SIO2). *geloQuartzoCorpos relativamente homogneos e decorrentes da passagem de substncias dos estados lquido ou gasoso para o estado slido da matria, quando adquirem, nesse processo, uma ordenao sistemtica de seus tomos.

So compostos por ons, molculas ou tomos dispostos periodicamente em trs ou quatro orientaes cristalogrficas.

*O modelo de periodicidade dos ons no mineral silvita (KCl) serve para exemplificar essa disposio, em que um ction de potssio est posicionado sempre entre seis nions de cloro, e vice-versa, configurando, dessa maneira, um composto em que o potssio e o cloreto tm nmero de coordenao 6. Modelo da periodicidade de um cristal de KCl.A combinao dos ons manifesta uma forma exterior polidrica, limitada por superfcies planas, que, muitas vezes, poder no ser visvel em escala macroscpica, mas que estar sempre resguardada na sua unidade cristalina bsica, a clula unitria.

*Cristal de silvita (a), sua clula unitria e seus parmetros cristalogrficos (b).Os slidos podem ser:Microcristalinos, definidos atravs de um microscpio ptico;Criptocristalinos, identificados atravs da difrao de raios X ou da microscopia eletrnica de varredura.

Cristalizao o processo responsvel pela formao dos cristais, que consiste no crescimento do slido a partir de lquidos ou gases de uma substncia.Inicia com ncleos cristalinos, em que os limites so planos naturais definidores da superfcie dos slidos, denominados de faces cristalinas.

Essas faces tendem a crescer indefinidamente, enquanto houver espao e fluido suficientes para o seu desenvolvimento, alm de condies fsico-qumicas (temperatura e presso) adequadas.

Pegmatito: onde temos a origem das principais substncias de interesse gemolgico (topzio, berilo e turmalinas

*A cristalizao pode ocorrer pelos seguintes processos:

A partir de uma soluo: o processo tpico da formao de depsitos evaporticos. A gua da soluo comea a evaporar muito lentamente at alcanar a saturao. Ao atingir este ponto, h a precipitao. Assim, parte do sal solvel comear a assumir a forma slida, devido a diminuio da temperatura ou ao aumento da presso do sistema. o processo tpico da formao natural dos sais halides: halita (NaCl), silvita (KCl) e carnalita (KMgCl3.6H2O) e de precipitaes qumicas, em laboratrio, a partir de solues inicas.

HalitaSilvitaCarnalitaSulfato de cobre em laboratrio

b) A partir de fuso: ocorre, por exemplo, no processo de solidificao da gua. Neste processo, a temperatura diminui e a gua no consegue permanecer no estado lquido, tornando-se slida, cristalizando como gelo. As molculas de H2O agora assumem posies reticulares fixas e se ordenam em estruturas hexagonais.Nos processos vulcnicos, a solidificao dos magmas representa esse tipo de cristalizao, pois, ao haver o resfriamento do lquido magmtico, o ons presentes no meio se atraem formando, conseqentemente, as estruturas cristalinas dos diferentes minerais.

*c) A partir de vapor: processo comum na formao dos flocos de neve, quando o ar carregado de vapor resfria abruptamente. O processo ocorre tambm na gerao de enxofre nativo (S), em exalaes vulcnicas, pois as fumarolas formadas pela condensao de vapores so ricas no elemento.d) Recristalizao: processo importante na formao da mineralogia das rochas metamrficas. Minerais preexistentes, por modificaes nas condies de presso e temperatura nos meios geolgicos, tornam-se instveis. Assim, seus tomos ou ons ficam mveis e tendem a se arranjar em novas estruturas formando, em conseqncia, novos compostos, sem a necessidade de haver fuso ( os materiais trabalham somente no campo deformacional plstico da matria).

*Exemplo: os trimorfos de Al2SiO5, cianita, sillimanita e andaluzitaCianitaSillimanitaAndaluzitaCristais quando formado naturalmente, so considerados minerais, mas tambm podem ser obtidos em laboratrio, atravs de sntese, em processos controlados. Ex: cristalizao de sulfato de cobre

*Os cristais na maioria das vezes, so poliedros convexos delimitados por faces planas, que permitem a identificao de seus sistemas cristalinos.

Poliedro um slido geomtrico cuja superfcie composta por um nmero finito de faces, cujos vrtices so formados por trs ou mais arestas em trs dimenses (eixos) em que cada uma das faces um polgono. Os seus elementos mais importantes so as faces, as arestas e os vrtices.

*Em casos de cristais malformados (cristais andricos, xenomrficos ou alotriomrficos), a determinao dos sistemas cristalinos por anlise visual impossvel.

Com o desenvolvimento das tcnicas analticas aplicadas mineralogia, as propriedades geomtricas no so mais essenciais para a determinao dos minerais e para o conhecimentos dos dados cristalogrficos.

Pelo uso dos microscpios pticos e eletrnicos, podem-se identificar minerais e, por tcnicas de difrao de raio X, podem-se determinar as estruturas cristalinas.

No entanto, a cristalografia geomtrica continua sendo fundamental para o entendimento da estrutura da matria slida na formao dos cristais.

Se a clula unitria de um empacotamento cristalino (maneira como esto organizadas as clulas unitrias dos cristais) for cbica e a sua unidade fundamental repetir-se ordenadamente ao longo das trs dimenses, gerar-se- um cubo (a) formado por outros cubos.

*Porm, se por alguma razo fsico-qumica, durante o empilhamento das unidades fundamentais, forem suprimidos cubos ao longo de determinadas direes, outras formas sero geradas (como um octaedro (c) regular , por exemplo, se os cubos forem suprimidos ao longo dos vrtices de um de um hexaedro regular.Figura: Diferentes formas externas produzidas pelo empilhamento de clulas unitrias cbicas: (a) cubo perfeito; (b) cubos distorcidos; (c) octaedro e (d) dodecadoedro

*4.2.3 Matria Cristalina e Matria Amorfa

Slidos: matria cristalina e matria amorfa.Matria cristalina: material que forma os cristais e apresenta homogeneidade, podendo ser istropa (em determinados retculos) ou anistropa. Homogeneidade: duas ou mais pores de um determinado cristal, de iguais tamanhos e formas, quando igualmente orientadas, no podem ser distinguidas umas das outras por nenhuma de suas propriedades fsicas ou qumicas. S se aplica aos cristais ideais e puros.Anisotropia: as substncias cristalinas apresentam ordenaes diferentes de seus tomos ou variaes de composio qumica nas suas mltiplas direes e, em conseqncia, propriedades fsicas e qumicas tambm diferentes ao longo delas.Isotropia: a propagao da luz, ou de qualquer outra propriedade fsica, em determinadas direes, ocorre com igualdade de velocidade.Apresentam o fenmeno: substncias no-cristalinas (amorfas), como os gases, lquidos e o vidro. Alm disso, os cristais isomtricos (a=b=c) e os do sistema tetragonal (a=b)

*Exemplo de substncias naturais istropas:Ouro nativo - Au (sistema cbico)Diamante C (sistema cbico)Exemplo de substncias naturais anistropas:Quartzo SiO2 (sistema trigonal)Ortoclsio KAlSi3O8 (sistema trigonal)

*Substncias cristalinas: propriedades escalares e vetoriais.

As escalares podem ser representadas por um nmero, como o peso especfico. Por exemplo, o zirco (ZrSiO4) tem peso especfico de 4,7. Isso significa que qualquer fragmento puro da substncia pesa 4,7 vezes mais do que o mesmo volume de gua destilada a 4 C.As vetoriais so aquelas que, alm do valor numrico, exigem a indicao da direo segundo a qual elas so consideradas.Um exemplo clssico a propagao do calor, que pode ser mais rpida em uma determinada direo do cristal do que em outras.Se os vetores decorrentes de uma determinada propriedade so todos iguais nas diferentes direes da substncia, esta dita istropa; porm, se forem diferentes, ser dita anistropa.A diferena entre matria amorfa e matria cristalina foi demonstrada em 1851 por Henry H. de Snarmont (a), por uma experincia (b), onde cobriu uma placa de vidro e uma placa de gipsita (c) com cera. A seguir, com um estilete de ao, aquecido, tocou cada uma das placas obtendo curvas trmicas nas pores onde a cera derretia.Na placa de vidro: circunferncias.Na placa de gipsita: elipses.

*4.2.4 Cristais Lquidos

Descobertos em 1888, por Friederich Reinitzer, ao observar a substncia orgnica benzoato de colestenila, tecidos vegetais.Representam um estado especial da matria, entre o lquido e slido: estado mesomrfico.Mesgenos: molculas responsveis pela origem de uma mesfase.Apresentam simultaneamente propriedades fsicas caractersticas dos lquidos (fluidez e mobilidade molecular), e dos slidos (anisotropias ptica e eltrica). Materiais geralmente formados por molculas orgnicas anisomtricas (formato de bastes ou discos).Apresentam organizao molecular (anisotropia em relao s propriedades pticas).So obtidos a partir de compostos orgnicos que apresentam molculas alongadas e paralelas entre si contendo freqentemente anis benznicos em sua composio qumica.

*Principais categorias dos cristais lquidos

a) Esmticos cristais bem estratificados, que apresentam um alto grau de simetria e difcil capacidade de mobilizao de seus tomos. Molculas em forma de bastonetes que esto compactadas em camadas empilhadas. Fisicamente apresentam alta viscosidade (escoam com baixa velocidade) e um aspecto turvo.b) Nemticos cristais cujas molculas orientam-se espontaneamente segundo o maior alongamento, sendo cristais unidimensionais que no formam camadas. Apresentam menor viscosidade do que os esmticos, mas a aparncia ainda turva. So substncias muito sensveis a campos eltricos e magnticosc) Colestricos cristais formados por alguns derivados qumicos do colesterol, em que as molculas esto estratificadas em camadas ordenadas em diferentes direes. Como conseqncia desta estratificao apresentam uma estrutura molecular helicoidal. Apresentam uma diversificao muito intensa em cores, que podem ser alteradas pela temperatura, presso, etc. Exibem consistncia semelhante do vidro.

*Aplicaes dos cristais lquidos

a) Esmticos (ferroeltricos) por apresentarem resposta eletro-ptica na presena de um campo eltrico, so utilizados na fabricao de displays, telas de televiso e monitores diversos e, em medicina, na deteco de neoplasias, por condutibilidades trmica.Na indstria do design, em objetos de decorao (facilidade de obteno de coloraes ativadas, tambm pela condutibilidade trmica.b) Nemticos painis de leitura de aparelhos eletrnicos, calculadoras e relgios. Muito utilizados em componentes da indstria eletrnica devido capacidade de apresentar cores fortes, que se alteram sobre a ao da temperatura, campo eltrico e magntico.c) Colestricos termmetros domsticos, por apresentarem alta sensibilidade trmica

*BibliografiaNEVES, P. C. PEREIRA das; FREITAS, D. V. de; PEREIRA, V. P. Fundamentos de Cristalografia. Canoas, RS: Ed. ULBRA, 2009, 304 p.