¿Cómo funcionan los cristales? - Graham Baird

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Muchos cristales tienen formas distintivas, como la cascada de cuarzo puntiagudo o una pila de cubos de galena. Los átomos de cada cristal tienen una característica definitoria: su patrón organizado y repetitivo. El patrón no se limita a los minerales: la arena, el hielo, los metales y el ADN también tienen estructuras cristalinas. Entonces, ¿qué hace que crezcan en estas formas una y otra vez? Graham Baird se sumerge en las propiedades únicas de los cristales.

Lección de Graham Baird, dirigida por Franz Palomares.

En la profundidad bajo los géiseres y
aguas termales de Yellowstone Caldera hay

una cámara de magma producida por un
punto caliente en el manto de la Tierra.

A medida que el magma se mueve
hacia la superficie de la Tierra,

cristaliza para formar
rocas ígneas jóvenes y calientes.

El calor de estas rocas conduce
el agua subterránea hacia la superficie.

A medida que el agua se enfría, los iones
se precipitan como cristales minerales,

incluyendo cristales de
cuarzo de silicio y oxígeno,

feldespato de potasio,
aluminio, silicio y oxígeno,

galena de plomo y azufre.

Muchos de estos cristales
tienen formas distintivas:

mira esta cascada de cuarzo puntiagudo
o esta pila de cubos de galena.

Pero ¿qué hace que crezcan
con estas formas una y otra vez?

Parte de la respuesta está en sus átomos.

Los átomos de cada cristal se disponen
en un patrón repetitivo muy organizado.

Este patrón es la característica
definitoria de un cristal,

y no está restringido a minerales;

arena, hielo, azúcar, chocolate,
cerámica, metales, ADN

e incluso algunos líquidos
tienen estructuras cristalinas.

La disposición atómica
de cada material cristalino

cae en una de seis familias diferentes:

cúbico, tetragonal, ortorrómbico,
monoclínico, triclínico y hexagonal.

Dadas las condiciones adecuadas,

los cristales crecerán
en formas geométricas

que reflejan la disposición de sus átomos.

Mira la galena con estructura cúbica
compuesta de átomos de plomo y azufre.

Los átomos de plomo relativamente grandes

están dispuestos en una rejilla
tridimensional a 90 grados entre sí y

los átomos de azufre relativamente chicos
encajan perfectamente entre ellos.

A medida que el cristal crece, lugares
como estos atraen átomos de azufre,

mientras que el plomo tenderá
a unirse a estos lugares.

Finalmente, completarán
la cuadrícula de átomos unidos.

Eso significa que el patrón de rejilla
de 90 º de la estructura cristalina

de galena, se refleja
en la forma visible del cristal.

El cuarzo, por su parte, tiene
una estructura cristalina hexagonal.

Esto significa que en un plano
sus átomos están dispuestos en hexágonos,

que en tres dimensiones se componen
de muchas pirámides entrelazadas

compuestas por un átomo de silicio
y cuatro átomos de oxígeno.

Así que la forma distintiva
de un cristal de cuarzo

es una columna de seis lados
con puntas puntiagudas.

En función de las condiciones ambientales,
la mayoría de los cristales

tienen el potencial de formar
múltiples formas geométricas.

Por ejemplo, los diamantes, que se forman
profundamente en el manto de la Tierra,

tienen una estructura cristalina cúbica y
pueden crecer en cubos u octaedros.

De qué forma crece
un diamante en particular

depende de las condiciones en que crezca,

incluyendo presión,
temperatura y ambiente químico.

No podemos observar directamente las
condiciones de crecimiento en el manto,

pero los experimentos de laboratorio
han mostrado alguna evidencia

de que los diamantes tienden a crecer
en cubos a temperaturas más bajas

y en octaedros a temperaturas más altas.

Rastros de agua, silicio,
germanio o magnesio,

también podrían influir
en la forma de un diamante.

Y los diamantes nunca
se convierten de forma natural

en las formas
que se encuentran en las joyas.

Esos diamantes han sido cortados
para mostrar su brillo y claridad.

Las condiciones ambientales

también pueden influir
en la formación o no de cristales.

El vidrio está hecho
de arena de cuarzo fundido,

pero no es cristalino.

Eso es porque el vidrio
se enfría relativamente rápido,

y los átomos no tienen
tiempo para ajustarse

en la estructura ordenada
de un cristal de cuarzo.

Por el contrario, la disposición aleatoria
de los átomos en el vidrio fundido

se consolida al enfriarse.

Muchos cristales no crean
formas geométricas

porque crecen en cuartos
muy cercanos a otros cristales.

Rocas como el granito
están llenas de cristales,

pero ninguna tiene formas reconocibles.

Al enfriarse el magma se solidifica,
muchos minerales dentro de él

cristalizan al mismo tiempo y
rápidamente se quedan sin espacio.

Y ciertos cristales,
como la turquesa, no crecen

en ninguna forma geométrica discernible en
la mayoría de las condiciones ambientales,

incluso teniendo espacio adecuado.

La estructura atómica de cada cristal
tiene propiedades únicas,

y si bien estas propiedades
pueden no tener

ningún efecto en las necesidades
emocionales humanas,

sí que tienen aplicaciones poderosas
en ciencia de materiales y medicina.