Cum se formează cristalele? - Graham Baird

Vezi lecţia completă: https://ed.ted.com/lessons/how-do-crystals-work-graham-baird

Multe cristale au forme specifice, precum cascada cu vârfuri ascuţite de cuarț sau o grămadă de cuburi de galenă. Fiecare atom de cristal are o trăsătură definitorie: un tipar repetitiv. Tiparul nu se limitează doar la minerale - nisipul, gheaţa, metalele şi ADN-ul au, de asemenea, structuri cristaline. Ce anume cauzează creşterea lor în aceste forme iar şi iar? Graham Baird aprofundează proprietăţile unice ale cristalelor.

Lecţie de Graham Baird, regia Franz Palomares.

Adânc sub gheizerele şi izvoarele termale
ale calderei din Yellowstone,

e o cameră de magmă produsă de un punct
fierbinte din mantaua Pământului.

Pe măsură ce magma se îndreaptă
spre suprafața Pământului,

se cristalizează pentru a forma
roci vulcanice tinere.

Căldura acestor roci
împinge apa freatică spre suprafață.

Pe măsură ce apa se răceşte,
ionii precipită în cristalele minerale,

precum cristale de cuarț
din silicon şi oxigen,

feldspat din potasiu,
aluminiu, silicon şi oxigen,

galenă din plumb şi sulf.

Multe dintre aceste cristale
au o forme specifice,

precum acest cuarț ascuțit
sau aceste cuburi de galenă.

Dar ce determină formarea lor
în aceste forme iar și iar?

O parte a răspunsului stă în atomii lor.

Fiecare atom al cristalului e aranjat
după un tipar repetitiv.

Acest tipar e trăsătura
definitorie a unui cristal

și nu se limitează doar la minerale:

nisipul, gheaţa, zahărul, ciocolata,
ceramica, metalul, ADN-ul

şi chiar unele lichide
au structuri cristaline.

Fiecare aranjare atomică
a materialului cristalin

se încadrează într-una
dintre cele şase familii diferite:

cubică, tetragonală, ortorombică,
monoclinică, triclinică și hexagonală.

În condițiile corespunzătoare,

cristalele vor creşte în figuri geometrice

care reflectă aranjarea atomilor lor.

De exemplu galena, care are o structură
cubică compusă din plumb şi atomi de sulf.

Atomii de plumb relativ mari

sunt aranjaţi într-o reţea
tridimensională la 90 de grade,

în timp ce atomii de sulf relativi mici
se potrivesc perfect între ei.

Pe măsură ce cristalul crește,
locuri ca acestea atrag atomii de sulf,

în timp ce plumbul
va tinde să se lege de aceste locuri.

Până la urmă, vor completa
rețeaua de atomi.

Înseamnă că tiparul reţelei de 90 de grade
a structurii cristaline a galenei

se reflectă
în forma vizibilă a cristalului.

Însă cuarţul are o structură
cristalină hexagonală.

Asta înseamnă că atomii
sunt aranjaţi în hexagoane.

În trei dimensiuni, acesta e compus
din multe piramide interconectate,

alcătuite dintr-un atom de silicon
și patru atomi de oxigen.

Deci forma tipică a cristalului de cuarţ

e o coloană cu şase laturi
cu vârfuri ascuţite.

În funcție de condiţiile mediului,

majoritatea cristalelor au potenţialul
de a crea multiple figuri geometrice.

De exemplu, diamantele ce se formează
adânc în mantaua Pământului,

au o structură cristalină cubică
și creează fie cuburi, fie octaedre.

Forma în care se dezvoltă
un anumit diamant

depinde de condiţiile în care creşte,

inclusiv de presiunea,
temperatura și mediul chimic.

Chiar dacă nu putem observa direct
condițiile de creștere în manta,

experimentele din laborator au demonstrat

că diamantele tind să crească
în cuburi la temperaturi mai mici

şi în octaedru la temperaturi înalte.

Urmele de apă, silicon,
germaniu sau magneziu

ar putea influenţa forma diamantului.

Și diamantele nu se cresc niciodată
în forma celor din bijuterii;

acele diamante au fost tăiate
pentru a etala strălucire şi claritate.

Condițiile mediului pot influența
dacă se vor forma cristalele sau nu.

Sticla e compusă din nisip de cuarţ topit,

dar aceasta nu e cristalină.

Asta pentru că sticla
se răceşte relativ repede

şi atomii nu au timp
să se aranjeze singuri

în structura cristalului de cuarţ.

În schimb, aranjarea la întâmplare
a atomilor în sticla topită

e blocată în momentul răcirii.

Multe cristale nu formează
figuri geometrice

fiindcă cresc extrem
de aproape de alte cristale.

Rocile precum granitul
sunt pline de cristale,

dar niciuna nu are o formă anume.

Odată ce magma
se răceşte şi se solidifică,

multe minerale se cristalizează în acelaşi
timp şi rămân rapid fără spaţiu.

Anumite cristale, precum turcoazul,

nu creează figuri geometrice
în majoritatea condițiilor de mediu,

chiar şi într-un spaţiu adecvat.

Fiecare structură atomică
a cristalului are proprietăţi unice,

și chiar dacă aceste proprietăţi
nu impactează nevoile emoţionale umane,

ele au aplicații importante
în știință și medicină.