Belas Taças

Num cristal a posição de cada um dos átomos, moléculas ou iões que o constituem, que para economia discursiva passaremos a designar (de forma menos correcta) por partículas, é determinada pelas posições ocupadas já existentes. Assim, no momento de cristalização, a partícula forma com as suas vizinhas um conjunto de ligações químicas (de qualquer tipo, indo das iónicas às ligações fracas) que determina a posição espacial que tenderá a ocupar.

Em resultado desse processo, forma-se uma estrutura tridimensional, mantida de forma mais ou menos rígida pelas ligações entre partículas, que se vai progressivamente propagando no espaço, formado assim um sólido que tenderá, pela expressão macroscópica desta ordenação interna, a ter uma forte tendência para a simetria. São esses os sólidos a que chamamos cristais.

As estruturas cristalinas ocorrem em todos os tipos de materiais com todo o tipo de ligações inter-moleculares e inter-atómicas.

Quase todos as ligações metálicas por nuvem de electrões coexistem com um estado policristalino, já que os metais em estado amorfo ou monocristalino raramente existem na natureza. A generalidade dos sais cristaliza, já que as ligações iónicas, formadas a partir da condensação de soluções, ou da solidificação de sais em fusão, formam malhas cristalinas muito estáveis. Daí que quase todos os sais em estado sólido sejam cristais. As ligações covalentes também são muito comuns em cristais, em particular em cristais orgânicos (como os açucares e as proteínas puras). Outro exemplo de cristais com ligações covalentes são o diamante e a grafite. Os polímeros em geral apresentam regiões cristalinas, mas o comprimento das cadeias dificulta a cristalização total. Para além as ligações atrás referidas, as forças de van der Waals assumem um importante papel na formação dos cristais, controlando a aproximação das moléculas e mantendo-as nos seus mínimos energéticos.

Em geral, os cristais formam-se a partir de substâncias fluidas à medida que estas vão sofrendo solidificação ou precipitação (caso se trate de uma solução). A forma mais comum de cristalização consiste na existência de uma solução, a partir da qual o material que forma o cristal vai precipitando e, no processo, cada átomo ou molécula vai assumindo uma posição que é determinada pelos átomos ou moléculas vizinhas.

O Gálio é um metal que forma grandes cristais.

A arrumação das partículas, e a sua persistência no lugar que ocupam na malha cristalina, é determinada pelo existência de um mínimo energético nessa posição, correspondente à otimização das ligações formadas entre as partículas.

Um exemplo típico deste processo é a formação de gelo: quando o movimento browniano induzido pela calor é suficientemente pequeno para permitir que as moléculas de água se liguem de forma estável (em água pura aos 0º C), as ligações entre as zonas de polarização eléctrica positiva e negativa das moléculas são imobilizadas por ligações de van der Waals (assim denominadas em homenagem a Johannes Diderik van der Waals), as quais as mantêm em posição. Em resultado, as moléculas da água vão sendo progressivamente presas na estrutura, formando-se o gelo. Devido à formação desta rede, e à redução de entropia que corresponde à ordenação das moléculas, o gelo tem uma energia interna inferior à da água, daí que seja necessário fornecer um calor de fusão (igual àquele que ele liberta quando solidifica) para o transformar novamente em água.

Um cristal policromo de Bismuto.

É este calor de fusão que explica a estabilidade dos cristais e a tendência das substâncias puras, quando arrefecem, para assumir a forma cristalina (com elevada ordenação espacial).

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