Princípios básicos de cristalografia - por Felipe Padilha Leitzke

A cristalinidade é uma característica que define o grau de ordem dos átomos de um determinado material e a forma como essa ordem é reproduzida diversas vezes no mesmo. O conhecimento de sistemas cristalinos, embora tenha iniciado com a mineralogia, hoje se expande para diversas áreas das ciências, inclusive engenharia, nanotecnologia, ciência dos materiais, biologia e até mesmo medicina, visto que a ordenação dos átomos é o que controla e explica muitas das características físicas e químicas dos materiais. Lembrando que um mineral deve obrigatoriamente formar cristais, ter composição química definida e ocorrer naturalmente, mas isso não significa que todos cristais são minerais, pois há diversas substâncias que formam cristais e não são formadas por processos geológicos, e sim por um processo em laboratório ou na indústria, por exemplo. Da mesma forma, nem todos sólidos são cristais, pois há substâncias, como o vidro, que não possuem um arranjo simétrico dos átomos, o que significa que, por exemplo, as taças de “cristal” de fato não são cristais e tampouco minerais.

Um cristal é definido como um sólido no qual os átomos estão ordenados numa estrutura simétrica e que se repete progressivamente e em longo alcance, gerando um padrão geométrico. Cada um destes mínimos arranjos tridimensionais de átomos individualizados em uma estrutura cristalina é definido como a cela unitária. Por isso, salvo defeitos locais, o arranjo dos átomos em um mesmo cristal é o mesmo em qualquer ponto do cristal que se observe. A forma que vemos macroscopicamente é um reflexo desse arranjo. Existem sete sistemas cristalinos, os quais formam as celas unitárias dos cristais: isométrico (cúbico), tetragonal, ortorrômbico, monoclínico, triclínico, hexagonal e trigonal (ou romboédrico). A diferença entre cada um deles é o comprimento dos eixos da cela unitária e os ângulos entre estes eixos. Por exemplo, no sistema cúbico, o mais simétrico de todos, todos os eixos têm o mesmo comprimento e o ângulo entre eles é 90°, enquanto no sistema triclínico todos os eixos têm comprimentos relativos diferentes e ângulos oblíquos (diferentes de 90°) entre eles.

Os sete sistemas cristalinos

Cada mínimo arranjo tridimensional de átomos em um cristal é denominado cela unitária e o agrupamento destas é que forma uma estrutura cristalina. Estas celas unitárias devem ser idênticas no mesmo mineral e estar conectadas através dos seus nós para formar uma estrutura cristalina. O longo alcance desta repetição se dá por translação das celas unitárias sem que haja sobreposição. Conforme a taxa que as celas são agrupadas em determinada direção, uma das faces do cristal ficará mais saliente e outra menos, produzindo as formas externas ou hábitos que observamos. O termo clivagem é usado em minerais para denominar a ruptura do cristal em faces planas. Como os cristais se formam a partir do agrupamento e repetição tridimensional de celas unitárias, estas faces são resultado da maneira que os átomos se arranjam nas celas unitárias e da sua repetição no espaço. O estudo sistemático destas faces e dos ângulos entre elas permitiu descrever a morfologia dos cristais, através da aplicação de “elementos de simetria”, os quais descrevem operações envolvendo centros de simetria, como planos de reflexão, eixos de rotação ou centros de inversão. Por exemplo, a reflexão ocorre quando a estrutura de um lado de um plano que passa pelo centro do cristal é a imagem espelhada das características do outro lado. A rotação, por sua vez, surge quando um elemento estrutural é girado um número fixo de graus em torno de um ponto central e depois repetido. Um quadrado, por exemplo, possui quatro possibilidades de rotação, porque pode ser girado quatro vezes por 90 ° em torno de seu ponto central antes de retornar à sua posição original. Independente da forma externa, os cristais de um mesmo mineral têm que possuir os mesmos elementos de simetria. Isso significa também que em todos os cristais de uma mesma substância os ângulos formados por faces correspondentes são sempre os mesmos. Através da aplicação metódica desses elementos de simetria para reproduzir formas cristalinas, um total de 32 grupos de operações de simetria foi descrito, as quais são denominadas classes cristalinas, incluídas nos 7 sistemas cristalinos.

Classes e estrutura cristalina

Fontes dos dados e imagens: www.webmineral.com e Wikimedia Commons