How do crystals work? - Graham Baird

Tradutor: Maurício Kakuei Tanaka Revisor: Leonardo Silva

Deep beneath the geysers and hot springs of Yellowstone Caldera

Nas profundezas dos gêiseres e das fontes termais

da Caldeira de Yellowstone,

lies a magma chamber produced by a hot spot in the earth’s mantle.

encontra-se uma câmara magmática

produzida por um ponto quente no manto terrestre.

As the magma moves towards the Earth’s surface,

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

it crystallizes to form young, hot igneous rocks.

ele se cristaliza, formando rochas ígneas novas e quentes.

The heat from these rocks drives groundwater towards the surface.

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

As the water cools, ions precipitate out as mineral crystals,

À medida que a água esfria,

íons se lançam para fora como cristais minerais,

including quartz crystals from silicon and oxygen,

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

feldspar from potassium, aluminum, silicon, and oxygen,

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

galena from lead and sulfur.

galena, a partir de chumbo e enxofre.

Many of these crystals have signature shapes—

Muitos desses cristais têm formas características.

take this cascade of pointed quartz, or this pile of galena cubes.

Considere esta cascata de quartzo pontiagudo

ou esta pilha de cubos de galena.

But what causes them to grow into these shapes again and again?

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

Part of the answer lies in their atoms.

Parte da resposta está em seus átomos.

Every crystal’s atoms are arranged in a highly organized, repeating pattern.

Os átomos de cada cristal

estão dispostos em um padrão repetitivo altamente organizado.

This pattern is the defining feature of a crystal,

Esse padrão é a característica que define um cristal

and isn’t restricted to minerals—

e não está restrito a minerais.

sand, ice, sugar, chocolate, ceramics, metals, DNA,

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

and even some liquids have crystalline structures.

e até mesmo alguns líquidos têm estruturas cristalinas.

Each crystalline material’s atomic arrangement

A disposição dos átomos de cada material cristalino

falls into one of six different families:

é classificada como uma de seis famílias diferentes:

cubic, tetragonal, orthorhombic, monoclinic, triclinic, and hexagonal.

cúbica, tetragonal, ortorrômbica,

monoclínica, triclínica e hexagonal.

Given the appropriate conditions,

Dadas as condições apropriadas,

crystals will grow into geometric shapes

os cristais terão formas geométricas

that reflect the arrangement of their atoms.

que refletem a disposição de seus átomos.

Take galena, which has a cubic structure composed of lead and sulfur atoms.

Considere a galena,

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

The relatively large lead atoms

Os átomos de chumbo relativamente grandes

are arranged in a three-dimensional grid 90 degrees from one another,

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

while the relatively small sulfur atoms fit neatly between them.

enquanto os átomos de enxofre relativamente pequenos

se encaixam perfeitamente entre eles.

As the crystal grows, locations like these attract sulfur atoms,

À medida que o cristal cresce,

locais como esses atraem átomos de enxofre,

while lead will tend to bond to these places.

enquanto o chumbo tenderá a se ligar a esses lugares.

Eventually, they will complete the grid of bonded atoms.

Por fim, eles completarão a grade de átomos ligados.

This means the 90 degree grid pattern of galena’s crystalline structure

Isso significa que o padrão de grade de 90 graus

da estrutura cristalina da galena

is reflected in the visible shape of the crystal.

é refletido na forma visível do cristal.

Quartz, meanwhile, has a hexagonal crystalline structure.

O quartzo, entretanto, tem uma estrutura cristalina hexagonal.

This means that on one plane its atoms are arranged in hexagons.

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

In three dimensions, these hexagons are composed of many interlocking pyramids

Em três dimensões,

esses hexágonos são compostos por muitas pirâmides interligadas,

made up of one silicon atom and four oxygen atoms.

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

So the signature shape of a quartz crystal

Assim, a forma característica de um cristal de quartzo

is a six-sided column with pointed tips.

é uma coluna de seis lados com extremidades pontiagudas.

Depending on environmental conditions,

Dependendo das condições ambientais,

most crystals have the potential to form multiple geometric shapes.

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

For example, diamonds, which form deep in the Earth’s mantle,

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

have a cubic crystalline structure and can grow into either cubes or octahedrons.

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

Which shape a particular diamond grows into

A forma de um diamante específico

depends on the conditions where it grows,

depende das condições em que ele cresce,

including pressure, temperature, and chemical environment.

que incluem pressão, temperatura e ambiente químico.

While we can’t directly observe growth conditions in the mantle,

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

laboratory experiments have shown some evidence

experimentos de laboratório mostraram algumas evidências

that diamonds tend to grow into cubes at lower temperatures

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

and octahedrons at higher temperatures.

e octaedros, em temperaturas mais altas.

Trace amounts of water, silicon, germanium, or magnesium

Vestígios de água, silício, germânio ou magnésio

might also influence a diamond’s shape.

também podem influenciar a forma de um diamante.

And diamonds never naturally grow into the shapes found in jewelry—

Os diamantes nunca têm naturalmente a forma encontrada nas jóias.

those diamonds have been cut to showcase sparkle and clarity.

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

Environmental conditions can also influence whether crystals form at all.

As condições ambientais também podem influenciar a formação de cristais.

Glass is made of melted quartz sand,

O vidro é feito de areia de quartzo derretido,

but it isn’t crystalline.

mas não é cristalino.

That’s because glass cools relatively quickly,

Isso porque o vidro esfria com relativa rapidez,

and the atoms do not have time to arrange themselves

e os átomos não têm tempo de se organizar

into the ordered structure of a quartz crystal.

na estrutura ordenada de um cristal de quartzo.

Instead, the random arrangement of the atoms in the melted glass

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

is locked in upon cooling.

é bloqueada no resfriamento.

Many crystals don’t form geometric shapes

Muitos cristais não constituem formas geométricas

because they grow in extremely close quarters with other crystals.

porque crescem em quartos muito próximos com outros cristais.

Rocks like granite are full of crystals,

Rochas, como o granito, estão cheias de cristais,

but none have recognizable shapes.

mas nenhuma tem formas reconhecíveis.

As magma cools and solidifies,

Quando o magma esfria e solidifica,

many minerals within it crystallize at the same time and quickly run out of space.

muitos minerais dentro dele se cristalizam ao mesmo tempo

e ficam rapidamente sem espaço.

And certain crystals, like turquoise,

Certos cristais, como a turquesa,

don’t grow into any discernible geometric shape in most environmental conditions,

não desenvolvem qualquer forma geométrica discernível

na maioria das condições ambientais,

even given adequate space.

mesmo com espaço adequado.

Every crystal’s atomic structure has unique properties,

A estrutura atômica de cada cristal tem propriedades únicas

and while these properties may not have any bearing on human emotional needs,

e, embora essas propriedades

possam não ter qualquer relevância às necessidades emocionais humanas,

they do have powerful applications in materials science and medicine.

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