Cristalografia

Archiu:Crystal lattice composition.png

Cristalografia

Archiu:Copper sulfate.jpg

Cristals de sulfat de coure (II). Estos cristals tenen una estructura cristalina triclínica.

Archiu:Quartz Brésil.jpg

Cristals de cuarzo de Mines Gerais, Brasil.

La cristalografia és la ciència que estudia els cristals. La majoria dels mineralés, composts orgànics i numerosos materials, adopten estructures cristalines quan s'han produït les condicions favorables. Originalment l'estudi de la cristalografia incloïa l'estudi del creiximent i la geometria externa d'estos cristals, passant posteriorment a l'estudi de la seua estructura interna i de la seua composició química. Els estudis de l'estructura interna es recolzen fortament en l'anàlisis dels patrons de difracció que sorgixen d'una mostra cristalina al irradiarla en un fes de rajos X, neutrons o electrons. l'estructura cristalina també es pot estudiar per mig de microscopía electrònica. Un dels seus objectius és conéixer la posició relativa dels àtoms, ions i molècules que els constituïxen i els seus patrons de repetició o empaquetamiento, és dir, la seua estructura tridimensional.

La disposició dels àtoms en un cristal es pot conéixer per difracció de rajos X, de neutrons o electrons. La química cristalográfica estudia la relació entre la composició química, la disposició dels àtoms i les forces d'enllaç entre estos. Esta relació determina propietats físiques i químiques dels minerals.

Quan les condicions són favorables, cada element o compost químic tendix a cristalizarse en una forma definida i característica. Aixina, la sal comuna tendix a formar cristals cúbics, mentres que el granate, que a voltes forma també gavetes, es troba en més freqüència en dodecaedres o triaquisoctaedros. A pesar de les seues diferents formes de cristalisació, la sal i el granate cristalizan sempre en la mateixa classe i sistema.

En teoria són possibles treinta y dos classes cristalines, pero solament una dotzena inclou pràcticament a tots els minerals comuns i algunes classes mai s'han observat. Estes treinta y dos classes s'agrupen en sis sistemes cristalins, caracterisats per la llongitut i posició dels seus eixos. Els minerals de cada sistema compartixen algunes característiques de simetria i forma cristalina, aixina com moltes propietats òptiques importants.

La cristalografia és una tècnica important en vàries disciplines científiques, com la química, física i biologia i té numeroses aplicacions pràctiques en medicina, mineralogia i desenroll de nous materials. Pel seu paper en «fer front a desafius com les malalties i els problemes ambientals», l'UNESCO va declarar el 2014 com l'Any Internacional de la Cristalografia.

Orige del nom

El primer us del terme cristalografia relatiu a l'estudi dels cristals es deu al mege i yatroquímico suís Moritz Anton Cappeller (1685-1769), que ho va utilisar en 1723 en la seua obra Prodromus crystallographiae de crystallis improprie sic dictis commentarium.

Teoria

Un material cristalí és aquell en el que els àtoms s'estructuren en rets basades en la repetició tridimensional dels seus components. L'estructura repetitiva es denomina cela unitària. Els cristals es classifiquen segons les propietats de simetria de la cela unitària. Estes propietats de simetria també es manifesten en ocasions en simetria macroscòpiques dels cristals, com a formes geomètriques o plans de fractura. L'estudi de la cristalografia requerix un cert coneiximent del grup de simetria. La resolució de qualsevol sistema òptic està llimitada pel llímit de difracció de la llum, que depén de la seua llongitut d'ona. Per lo tant, la claritat general dels mapes de densitat d'electrons cristalográficos resultants depén en gran mida de la resolució de les senyes de difracció, que es poden classificar com: baixa, mija, alta i atòmica.

Elements de simetria

Archiu:Kubisches Kristallsystem.jpg

Model de ret d'un sistema cristalí cúbic simple.

Les celes fonamentals d'un cristal presenten elements de simetria, que són:

• Eix de simetria: és una llínea imaginària que passa a través del cristal, al voltant de la qual, en realisar est un gir complet, repetix dos o més voltes el mateix aspecte. Els eixos poden ser: monarios, si giren el motiu una volta (360°); binarios, si ho giren dos voltes (180°); ternarios, si ho giren tres voltes (120°); cuaternarios, si ho giren quatre voltes (90°); o senarios, si giren el motiu sis voltes (60°).
• Pla de simetria: és un pla imaginari que dividix el cristal en dos mitats simètriques especulares, com el reflex en un espill, dins de la cela. Pot haver múltiples plans de simetria. Es representa en la lletra m.
• Centre de simetria: és un punt dins de la cela que, en unir-ho en qualsevol de la superfície, repetix a l'atre costat del centre i a la mateixa distància un punt similar.
• Sistemes cristalins: totes les rets cristalines, de la mateixa manera que els cristals, que són una conseqüència de les rets, presenten elements de simetria. Si es classifiquen els 230 grups espacials segons els elements de simetria que posseïxen, s'obtenen 32 classes de simetria (cada una de les quals reunix totes les formes cristalines que posseïxen els mateixos elements de simetria) és dir, regular o cúbic, tetragonal, hexagonal, romboèdric, ròmbic, monoclínic i triclínic.

Tipos d'hàbit cristalí

L'hàbit és l'aspecte extern del cristal, els distints tipos d'hàbit depenen de l'estructura del mineral i de les condicions externes en les que es formen, són:

• Hàbit cristalí: és l'aspecte que presenta un cristal com a conseqüència del diferent desenroll de les seues cares.

• Hàbit acicular: cristals en gran desenroll de cares verticals. Tenen aspecte d'agulles.
• Hàbit hojoso: cristals en aspecte de fulls pel gran desenroll de les cares horisontals.

Formes cristalográficas

És el conjunt de cares iguals que estan relacionades per la seua simetria:

• Una sola cara: pedión
• Dos cares:
  • Pinacoide: iguals i paraleles relacionades per un pla o eix binario
  • Domo: no paraleles que es relacionen per un pla
  • Esfenoide: no paraleles relacionades per un eix binario
• Prismas, piràmides, bipirámides, trapezoedros, escalenoedros
• Classes cristalines

Les possibles agrupacions dels elements de simetria en els cristals són solament treinta y dos, que, a la seua volta, es reagrupen en els denominats sèt sistemes cristalins (cúbic, tetragonal, hexagonal, trigonal o romboèdric, ortorrómbico, monoclínic i triclínic).

Propietats

• Sistema triclínic (a≠b≠c $\alpha$≠$\beta$≠$\gamma$≠90°): no posseïx cap simetria mínima.
• Sistema monoclínic (a≠b≠c $\alpha$=$\gamma$=90°≠$\beta$>90°): Presenta com a simetria mínima un eix de rotació binario o un eix d'inversió binario (=pla de simetria)
• Sistema ortorrómbico (a≠b≠c $\alpha$=$\beta$=$\gamma$=90°): Com a mínim posseïx tres eixos binarios perpendicular entre sí.
• Sistema tetragonal (a=b≠c $\alpha$=$\beta$=$\gamma$=90°): posseïx com a característica fonamental un eix de rotació cuaternario o un eix d'inversió cuaternario.
• Sistema hexagonal (a=b≠c $\alpha$=$\beta$=90°, $\gamma$=120°): la seua característica fonamental és la presència d'un eix de rotació senario o un eix d'inversió senario (eix ternario + pla de simetria perpendicular). Per a major precisió, generalment s'introduïx un quart eix i, coplanario en a i b, que forma un àngul de 120° en cada u d'ells, aixina la creu axial serà (a=b=i≠c $\alpha$=$\beta$=90°, $\gamma$=120°).

Índexs de Miller hexagonals: com es treballa en un quart índex, que se situa en el pla a1 a2 i a 120° de cada u d'estos eixos, els plans hexagonals es van a representar per quatre índexs (hkil). El valor d'i es determina com -(h+k).

• Sistema romboèdric o trigonal (a=b=c $\alpha$=$\beta$=$\gamma$≠90°): la seua característica comuna és la presència d'un eix de rotació ternario o un eix d'inversió ternario (eix ternario + centre de simetria).
• Sistema cúbic (a=b=c $\alpha$=$\beta$=$\gamma$=90°): posseïx com a característica fonamental quatre eixos de rotació ternarios inclinats a 109,47°.