Como funcionam os cristais? - Graham Baird

Veja a lição completa: https://ed.ted.com/lessons/how-do-crystals-work-graham-baird

Muitos cristais têm formas características, como a cascata de quartzo pontiagudo ou uma pilha de cubos de galena. Os átomos de cada cristal têm uma característica que o define: o padrão organizado e repetitivo. O padrão não está restrito a minerais. Areia, gelo, metais e DNA também têm estruturas cristalinas. Então, o que faz com que eles desenvolvam essa forma muitas vezes? Graham Baird mergulha nas propriedades únicas dos cristais.

Lição de Graham Baird, direção de Franz Palomares.

Nas profundezas dos gêiseres
e das fontes termais

da Caldeira de Yellowstone,

encontra-se uma câmara magmática

produzida por um ponto quente
no manto terrestre.

Conforme o magma se move
em direção à superfície da Terra,

ele se cristaliza, formando
rochas ígneas novas e quentes.

O calor dessas rochas leva
os lençóis de água à superfície.

À medida que a água esfria,

íons se lançam para fora
como cristais minerais,

que incluem cristais de quartzo,
a partir de silício e oxigênio;

feldspato, a partir de potássio,
alumínio, silício e oxigênio;

galena, a partir de chumbo e enxofre.

Muitos desses cristais
têm formas características.

Considere esta cascata
de quartzo pontiagudo

ou esta pilha de cubos de galena.

Mas o que faz com que eles desenvolvam
essa forma muitas vezes?

Parte da resposta está em seus átomos.

Os átomos de cada cristal

estão dispostos em um padrão repetitivo
altamente organizado.

Esse padrão é a característica
que define um cristal

e não está restrito a minerais.

Areia, gelo, açúcar, chocolate,
cerâmica, metais, DNA

e até mesmo alguns líquidos
têm estruturas cristalinas.

A disposição dos átomos
de cada material cristalino

é classificada como uma
de seis famílias diferentes:

cúbica, tetragonal, ortorrômbica,

monoclínica, triclínica e hexagonal.

Dadas as condições apropriadas,

os cristais terão formas geométricas

que refletem a disposição de seus átomos.

Considere a galena,

que tem uma estrutura cúbica
composta por átomos de chumbo e enxofre.

Os átomos de chumbo relativamente grandes

são dispostos em uma grade
tridimensional de 90 graus um do outro,

enquanto os átomos de enxofre
relativamente pequenos

se encaixam perfeitamente entre eles.

À medida que o cristal cresce,

locais como esses atraem
átomos de enxofre,

enquanto o chumbo tenderá
a se ligar a esses lugares.

Por fim, eles completarão
a grade de átomos ligados.

Isso significa que o padrão
de grade de 90 graus

da estrutura cristalina da galena

é refletido na forma visível do cristal.

O quartzo, entretanto, tem
uma estrutura cristalina hexagonal.

Isso significa que, em um plano,
seus átomos estão dispostos em hexágonos.

Em três dimensões,

esses hexágonos são compostos
por muitas pirâmides interligadas,

formadas por um átomo de silício
e quatro átomos de oxigênio.

Assim, a forma característica
de um cristal de quartzo

é uma coluna de seis lados
com extremidades pontiagudas.

Dependendo das condições ambientais,

a maioria dos cristais tem o potencial
de criar múltiplas formas geométricas.

Por exemplo, os diamantes,
que se formam no fundo do manto terrestre,

têm uma estrutura cristalina cúbica
e podem se tornar cubos ou octaedros.

A forma de um diamante específico

depende das condições em que ele cresce,

que incluem pressão, temperatura
e ambiente químico.

Embora não possamos observar diretamente
as condições de crescimento no manto,

experimentos de laboratório
mostraram algumas evidências

de que os diamantes tendem a se tornar
cubos, em temperaturas mais baixas,

e octaedros, em temperaturas mais altas.

Vestígios de água, silício,
germânio ou magnésio

também podem influenciar
a forma de um diamante.

Os diamantes nunca têm naturalmente
a forma encontrada nas jóias.

Esses diamantes foram lapidados
para exibir o brilho e a transparência.

As condições ambientais também podem
influenciar a formação de cristais.

O vidro é feito de areia
de quartzo derretido,

mas não é cristalino.

Isso porque o vidro esfria
com relativa rapidez,

e os átomos não têm tempo de se organizar

na estrutura ordenada
de um cristal de quartzo.

Em vez disso, a disposição aleatória
dos átomos no vidro derretido

é bloqueada no resfriamento.

Muitos cristais não constituem
formas geométricas

porque crescem em quartos
muito próximos com outros cristais.

Rochas, como o granito,
estão cheias de cristais,

mas nenhuma tem formas reconhecíveis.

Quando o magma esfria e solidifica,

muitos minerais dentro dele
se cristalizam ao mesmo tempo

e ficam rapidamente sem espaço.

Certos cristais, como a turquesa,

não desenvolvem qualquer
forma geométrica discernível

na maioria das condições ambientais,

mesmo com espaço adequado.

A estrutura atômica de cada cristal
tem propriedades únicas

e, embora essas propriedades

possam não ter qualquer relevância
às necessidades emocionais humanas,

elas têm aplicações poderosas
na medicina e na ciência de materiais.