Como funcionam os cristais? — Graham Baird

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

Muitos cristais têm formas características — como a cascata do quartzo pontiagudo ou uma pilha de cubos de galena. Os átomos de cada cristal têm características que os definem: o seu padrão organizado e repetitivo. O padrão não se restringe aos minerais — a areia, o gelo, os metais e o ADN também têm estruturas cristalinas. Então, o que é que faz com que eles cresçam sempre com estas formas? Graham Baird mergulha nas propriedades únicas dos cristais.

Lição de Graham Baird, realização de Franz Palomares.

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.