How do crystals work? - Graham Baird

Traducător: Veronica Muntean Corector: Mihaida Meila

Deep beneath the geysers and hot springs of Yellowstone Caldera

Adânc sub gheizerele şi izvoarele termale ale calderei din Yellowstone,

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

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

As the magma moves towards the Earth’s surface,

Pe măsură ce magma se îndreaptă spre suprafața Pământului,

it crystallizes to form young, hot igneous rocks.

aceasta se cristalizează pentru a forma roci vulcanice tinere.

The heat from these rocks drives groundwater towards the surface.

Căldura acestor roci împinge apa freatică spre suprafață.

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

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

including quartz crystals from silicon and oxygen,

precum cristale de cuarț din silicon şi oxigen,

feldspar from potassium, aluminum, silicon, and oxygen,

feldspat din potasiu, aluminiu, silicon şi oxigen,

galena from lead and sulfur.

galenă din plumb şi sulf.

Many of these crystals have signature shapes—

Multe dintre aceste cristale au o forme specifice,

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

precum acest cuarț ascuțit sau aceste cuburi de galenă.

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

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

Part of the answer lies in their atoms.

O parte a răspunsului stă în atomii lor.

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

Fiecare atom al cristalului e aranjat după un tipar repetitiv.

This pattern is the defining feature of a crystal,

Acest tipar e trăsătura definitorie a unui cristal

and isn’t restricted to minerals—

și nu se limitează doar la minerale:

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

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

and even some liquids have crystalline structures.

şi chiar unele lichide au structuri cristaline.

Each crystalline material’s atomic arrangement

Fiecare aranjare atomică a materialului cristalin

falls into one of six different families:

se încadrează într-una dintre cele şase familii diferite:

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

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

Given the appropriate conditions,

În condițiile corespunzătoare,

crystals will grow into geometric shapes

cristalele vor creşte în figuri geometrice

that reflect the arrangement of their atoms.

care reflectă aranjarea atomilor lor.

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

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

The relatively large lead atoms

Atomii de plumb relativ mari

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

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

while the relatively small sulfur atoms fit neatly between them.

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

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

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

while lead will tend to bond to these places.

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

Eventually, they will complete the grid of bonded atoms.

Până la urmă, vor completa rețeaua de atomi.

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

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

is reflected in the visible shape of the crystal.

se reflectă în forma vizibilă a cristalului.

Quartz, meanwhile, has a hexagonal crystalline structure.

Însă cuarţul are o structură cristalină hexagonală.

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

Asta înseamnă că atomii sunt aranjaţi în hexagoane.

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

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

made up of one silicon atom and four oxygen atoms.

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

So the signature shape of a quartz crystal

Deci forma tipică a cristalului de cuarţ

is a six-sided column with pointed tips.

e o coloană cu şase laturi cu vârfuri ascuţite.

Depending on environmental conditions,

În funcție de condiţiile mediului,

most crystals have the potential to form multiple geometric shapes.

majoritatea cristalelor au potenţialul de a crea multiple figuri geometrice.

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

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

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

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

Which shape a particular diamond grows into

Forma în care se dezvoltă un anumit diamant

depends on the conditions where it grows,

depinde de condiţiile în care creşte,

including pressure, temperature, and chemical environment.

inclusiv de presiunea, temperatura și mediul chimic.

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

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

laboratory experiments have shown some evidence

experimentele din laborator au demonstrat

that diamonds tend to grow into cubes at lower temperatures

că diamantele tind să crească în cuburi la temperaturi mai mici

and octahedrons at higher temperatures.

şi în octaedru la temperaturi înalte.

Trace amounts of water, silicon, germanium, or magnesium

Urmele de apă, silicon, germaniu sau magneziu

might also influence a diamond’s shape.

ar putea influenţa forma diamantului.

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

Și diamantele nu cresc niciodată în forma celor din bijuterii;

those diamonds have been cut to showcase sparkle and clarity.

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

Environmental conditions can also influence whether crystals form at all.

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

Glass is made of melted quartz sand,

Sticla e compusă din nisip de cuarţ topit,

but it isn’t crystalline.

dar aceasta nu e cristalină.

That’s because glass cools relatively quickly,

Asta pentru că sticla se răceşte relativ repede

and the atoms do not have time to arrange themselves

şi atomii nu au timp să se aranjeze singuri

into the ordered structure of a quartz crystal.

în structura cristalului de cuarţ.

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

În schimb, aranjarea la întâmplare a atomilor în sticla topită

is locked in upon cooling.

e blocată în momentul răcirii.

Many crystals don’t form geometric shapes

Multe cristale nu formează figuri geometrice

because they grow in extremely close quarters with other crystals.

fiindcă cresc extrem de aproape de alte cristale.

Rocks like granite are full of crystals,

Rocile precum granitul sunt pline de cristale,

but none have recognizable shapes.

dar niciuna nu are o formă anume.

As magma cools and solidifies,

Odată ce magma se răceşte şi se solidifică,

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

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

And certain crystals, like turquoise,

Anumite cristale, precum turcoazul,

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

nu creează figuri geometrice în majoritatea condițiilor de mediu,

even given adequate space.

chiar şi într-un spaţiu adecvat.

Every crystal’s atomic structure has unique properties,

Fiecare structură atomică a cristalului are proprietăţi unice,

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

și chiar dacă aceste proprietăţi nu influențează nevoile emoţionale umane,

they do have powerful applications in materials science and medicine.

ele își găsesc aplicații importante în știință și medicină.