How do crystals work? - Graham Baird

Tradutor: Margarida Ferreira Revisora: Mafalda Ferreira

Deep beneath the geysers and hot springs of Yellowstone Caldera

Muito abaixo dos geiseres e das fontes termais

da Caldeira de Yellowstone

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

há uma câmara de magma produzida por uma fonte de calor no manto da Terra.

As the magma moves towards the Earth’s surface,

Quando o magma se move na direção da superfície da Terra,

it crystallizes to form young, hot igneous rocks.

cristaliza-se e forma rochas jovens, quentes e ígneas.

The heat from these rocks drives groundwater towards the surface.

O calor destas rochas impele a água subterrânea para a superfície.

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

À medida que a água arrefece, os iões precipitam-se,

sob a forma de cristais minerais,

including quartz crystals from silicon and oxygen,

incluindo cristais de quartzo formados por silício e oxigénio,

feldspar from potassium, aluminum, silicon, and oxygen,

feldspato formado por potássio, alumínio, silício e oxigénio,

galena from lead and sulfur.

galena formado por chumbo e enxofre.

Many of these crystals have signature shapes—

Muitos destes cristais têm formas exclusivas

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

— reparem nesta cascata de quartzo pontiagudo

ou nesta pilha de cubos de galena.

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

Mas o que é que faz com que eles cresçam sempre com estas formas?

Part of the answer lies in their atoms.

Uma parte da resposta reside nos seus átomos.

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

Os átomos de cada cristal estão dispostos

num 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 se restringe aos minerais

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

— a areia, o gelo, o açúcar, o chocolate, a cerâmica, os metais, o ADN,

and even some liquids have crystalline structures.

e mesmo alguns líquidos, têm estruturas cristalinas.

Each crystalline material’s atomic arrangement

Cada arranjo atómico de um material cristalino

falls into one of six different families:

cai numa de seis diferentes famílias:

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

cúbico, tetragonal, ortorrômbico,

monoclínico, triclínico e hexagonal.

Given the appropriate conditions,

Segundo as condições apropriadas,

crystals will grow into geometric shapes

os cristais crescerão em formas geométricas

that reflect the arrangement of their atoms.

que refletem o arranjo dos seus átomos.

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

A galena tem uma estrutura cúbica, formada 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,

estão arranjados numa grelha 3D, a 90 graus uns dos outros,

while the relatively small sulfur atoms fit neatly between them.

enquanto os átomos de enxofre, relativamente pequenos,

se encaixam entre eles.

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

Quando o cristal cresce,

os locais como estes atraem os átomos de enxofre,

while lead will tend to bond to these places.

enquanto o chumbo tenta ligar estes locais.

Eventually, they will complete the grid of bonded atoms.

Por fim, completam a grelha de átomos ligados.

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

Isso significa que o padrão da grelha de 90 graus

da estrutura cristalina da galena

is reflected in the visible shape of the crystal.

reflete-se na forma visível do cristal.

Quartz, meanwhile, has a hexagonal crystalline structure.

Entretanto, o quartzo tem uma estrutura cristalina hexagonal.

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

Isso significa que, num plano, os átomos estão arranjados em hexágonos.

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

Em 3D, estes hexágonos são formados por muitas pirâmides interligadas,

made up of one silicon atom and four oxygen atoms.

feitas de um átomo de silício e quatro átomos de oxigénio.

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 pontas aguçadas.

Depending on environmental conditions,

Consoante as condições ambientais,

most crystals have the potential to form multiple geometric shapes.

a maioria dos cristais pode formar múltiplas formas geométricas.

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

Por exemplo, os diamantes, que se formam profundamente no manto da Terra,

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

têm uma estrutura cristalina cúbica e podem crescer em cubos ou octaedros.

Which shape a particular diamond grows into

A forma como um determinado diamante cresce

depends on the conditions where it grows,

depende das condições do local onde cresce,

including pressure, temperature, and chemical environment.

incluindo a pressão, a temperatura, e o 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

experiências laboratoriais mostraram-nos prova

that diamonds tend to grow into cubes at lower temperatures

de que os diamantes tendem a crescer em cubos a temperaturas mais baixas

and octahedrons at higher temperatures.

e em octaedros, a temperaturas mais altas.

Trace amounts of water, silicon, germanium, or magnesium

Pequenas quantidades 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 crescem naturalmente nas formas que aparecem nas joalharias

those diamonds have been cut to showcase sparkle and clarity.

— esses diamantes foram lapidados para exibirem chispas e luminosidade.

Environmental conditions can also influence whether crystals form at all.

As condições ambientais também podem influenciar

onde os cristais se formam.

Glass is made of melted quartz sand,

O vidro é feito de pó de quartzo derretido

but it isn’t crystalline.

mas não é cristalino.

That’s because glass cools relatively quickly,

Isso porque o vidro arrefece relativamente depressa

and the atoms do not have time to arrange themselves

e os átomos não têm tempo para se organizarem

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, o arranjo aleatório dos átomos no vidro derretido

is locked in upon cooling.

fica aprisionado durante o arrefecimento.

Many crystals don’t form geometric shapes

Muitos cristais não formam formas geométricas

because they grow in extremely close quarters with other crystals.

porque crescem em locais demasiado perto de outros cristais.

Rocks like granite are full of crystals,

Rochas como o granito estão cheias de cristais

but none have recognizable shapes.

mas nenhum deles com formas reconhecíveis.

As magma cools and solidifies,

Quando o magma arrefece e se solidifica,

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

muitos minerais dentro dele cristalizam ao mesmo tempo

e ficam rapidamente sem espaço.

And certain crystals, like turquoise,

Alguns cristais, como a turquesa,

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

não crescem em qualquer forma geométrica reconhecível

na maioria das condições ambientais,

even given adequate space.

mesmo que tenham espaço adequado.

Every crystal’s atomic structure has unique properties,

A estrutura atómica 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 influência nas necessidades humanas emocionais,

they do have powerful applications in materials science and medicine.

têm poderosas aplicações na ciência dos materiais e na medicina.