Muito abaixo dos geiseres e das fontes termais
da Caldeira de Yellowstone
há uma câmara de magma produzida por uma fonte de calor no manto da Terra.
Quando o magma se move na direção da superfície da Terra,
cristaliza-se e forma rochas jovens, quentes e ígneas.
O calor destas rochas impele a água subterrânea para a superfície.
À medida que a água arrefece, os iões precipitam-se,
sob a forma de cristais minerais,
incluindo cristais de quartzo formados por silício e oxigénio,
feldspato formado por potássio, alumínio, silício e oxigénio,
galena formado por chumbo e enxofre.
Muitos destes cristais têm formas exclusivas
— reparem nesta cascata de quartzo pontiagudo
ou nesta pilha de cubos de galena.
Mas o que é que faz com que eles cresçam sempre com estas formas?
Uma parte da resposta reside nos seus átomos.
Os átomos de cada cristal estão dispostos
num padrão repetitivo, altamente organizado.
Esse padrão é a característica que define um cristal
e não se restringe aos minerais
— a areia, o gelo, o açúcar, o chocolate, a cerâmica, os metais, o ADN,
e mesmo alguns líquidos, têm estruturas cristalinas.
Cada arranjo atómico de um material cristalino
cai numa de seis diferentes famílias:
cúbico, tetragonal, ortorrômbico,
monoclínico, triclínico e hexagonal.
Segundo as condições apropriadas,
os cristais crescerão em formas geométricas
que refletem o arranjo dos seus átomos.
A galena tem uma estrutura cúbica, formada por átomos de chumbo e enxofre.
Os átomos de chumbo, relativamente grandes,
estão arranjados numa grelha 3D, a 90 graus uns dos outros,
enquanto os átomos de enxofre, relativamente pequenos,
se encaixam entre eles.
Quando o cristal cresce,
os locais como estes atraem os átomos de enxofre,
enquanto o chumbo tenta ligar estes locais.
Por fim, completam a grelha de átomos ligados.
Isso significa que o padrão da grelha de 90 graus
da estrutura cristalina da galena
reflete-se na forma visível do cristal.
Entretanto, o quartzo tem uma estrutura cristalina hexagonal.
Isso significa que, num plano, os átomos estão arranjados em hexágonos.
Em 3D, estes hexágonos são formados por muitas pirâmides interligadas,
feitas de um átomo de silício e quatro átomos de oxigénio.
Assim, a forma característica de um cristal de quartzo
é uma coluna de seis lados com pontas aguçadas.
Consoante as condições ambientais,
a maioria dos cristais pode formar múltiplas formas geométricas.
Por exemplo, os diamantes, que se formam profundamente no manto da Terra,
têm uma estrutura cristalina cúbica e podem crescer em cubos ou octaedros.
A forma como um determinado diamante cresce
depende das condições do local onde cresce,
incluindo a pressão, a temperatura, e o ambiente químico.
Embora não possamos observar diretamente as condições de crescimento no manto,
experiências laboratoriais mostraram-nos prova
de que os diamantes tendem a crescer em cubos a temperaturas mais baixas
e em octaedros, a temperaturas mais altas.
Pequenas quantidades de água, silício, germânio ou magnésio
também podem influenciar a forma de um diamante.
Os diamantes nunca crescem naturalmente nas formas que aparecem nas joalharias
— esses diamantes foram lapidados para exibirem chispas e luminosidade.
As condições ambientais também podem influenciar
onde os cristais se formam.
O vidro é feito de pó de quartzo derretido
mas não é cristalino.
Isso porque o vidro arrefece relativamente depressa
e os átomos não têm tempo para se organizarem
na estrutura ordenada de um cristal de quartzo.
Em vez disso, o arranjo aleatório dos átomos no vidro derretido
fica aprisionado durante o arrefecimento.
Muitos cristais não formam formas geométricas
porque crescem em locais demasiado perto de outros cristais.
Rochas como o granito estão cheias de cristais
mas nenhum deles com formas reconhecíveis.
Quando o magma arrefece e se solidifica,
muitos minerais dentro dele cristalizam ao mesmo tempo
e ficam rapidamente sem espaço.
Alguns cristais, como a turquesa,
não crescem em qualquer forma geométrica reconhecível
na maioria das condições ambientais,
mesmo que tenham espaço adequado.
A estrutura atómica de cada cristal tem propriedades únicas,
e, embora essas propriedades
possam não ter qualquer influência nas necessidades humanas emocionais,
têm poderosas aplicações na ciência dos materiais e na medicina.