Cristalografia Introdução Estrutura Interna Simetria Notação Cristalográfica Projecção dos Cristais Cristais Geminados Difracção Raios X

Introdução

Os minerais possuem um arranjo interno ordenado e são limitados por superfícies planas e lisas, assumindo formas geométricas regulares: cristais. Assim sendo pode definir-se um cristal como sendo um sólido homogéneo de estrutura interna ordenada e tridimensional. O estudo destes corpos sólidos, desde a sua forma externa à interna, e das leis que governam o seu crescimento designa-se cristalografia. Estes sólidos cristalinos designam-se: - euédricos, se as faces forem bem formadas; - subédrico, se as faces forem imperfeitamente desenvolvidas; - anédrico, se não possuir faces. Embora a maioria das substâncias seja cristalina, algumas delas são amorfas, sendo designadas mineralóides.

Os cristais são formados a partir de:

• solução

• massa em fusão

• vapor

• abaixamento de temperatura

• pressão

Estrutura Interna

As unidades constituintes dos cristais dispõem-se numa ordem tridimensional que se vai repetindo. A unidade mais simples de um retículo é um paralelepípedo conhecido como cela unitária. Estes paralelepípedos diferem uns dos outros pelos comprimentos das várias arestas e pelos ângulos entre elas; e podem possuir pontos adicionais nos centros das faces, ou ao longo das diagonais espaciais, sendo deste modo chamados celas múltiplas.

As unidades estruturais, que estão dispostas no espaço sobre a estrutura reticular de modo a formarem cristais, são átomos. Em alguns casos como nos elementos nativos, estes átomos não estão carregados, mas frequentemente possuem cargas eléctricas e designando-se íons.

Demonstraram-se várias maneiras de arrumação combinadas com os quartzo e tipos diferentes de retículos que deram origem a 230 possíveis modos de arranjo: os grupos espaciais.

A estrutura interna é afectada por factores como: temperatura, pressão, natureza da solução, velocidade de crescimento do cristal, tensão superficial e a direcção do movimento da solução.

As unidades estruturais de um cristal podem ser representadas sob a forma de diagramas, por pontos reticulares ou nós.

A frequência com que uma dada face é observada num cristal é aproximadamente proporcional ao número de nós que jazem nela; quanto maior o seu número mais comum é a face. Esta lei é conhecida como a Lei de Bravais.

Lei de Steno da constância dos ângulos interfaciais: os ângulos entre faces equivalentes de cristais da mesma substância, medidos à mesma temperatura, são constantes.

A ordem interna é também evidenciada através da clivagem (propriedade segundo a qual um cristal se fractura ao longo de superfícies planas, lisas eparalelas) e das suas propriedades ópticas.

Simetria

Todos os minerais mostram pelo arranjo das suas faces uma simetria definida, o que permite agrupá-los em diferentes classes.

As operações fundamentais de simetria são:

• rotação em torno de um eixo • reflexão sobre um plano • rotação em torno de um eixo combinada com inversão (inversão rotatória)

Plano de simetria: é um plano imaginário que divide um cristal em duas metades, cada uma das quais, sob a forma de um cristal perfeitamente desenvolvido.

Eixo de simetria de rotação: é uma linha imaginária através de um cristal em torno da qual pode-se girar o cristal que se repete a si mesmo em aparência duas sou mais vezes durante a rotação completa. Não existem outros eixos de simetria a não ser os unitários, binários, ternários, quaternários e cenários.

Centro de simetria: diz-se que um cristal tem um centro de simetria quando uma linha imaginária pode ser passada de um ponto qualquer sobre a sua superfície atravessando o centro, achando-se sobre ela um ponto semelhante a uma distância igual além do centro. Esta operação é conhecida como inversão.

Classes de simetria: Existem apenas 32 combinações possíveis dos vários elementos de simetria, dando origem a 32 classes de cristais. Estas classes são depois agrupadas em 6 sistemas cristalinos.

Notação Cristalográfica

Foi necessário tomar certas linhas que passam pelo centro de um cristal ideal como eixos de referência: - eixos cristalográficos. As posições destes eixos são mais ou menos fixadas pela simetria dos cristais.

Sistemas cristalinos:

- Sistema isométrico. Os cristais deste sistema possuem quatro eixos ternários de simetria e são referidos aos três eixos perpendiculares entre si, de comprimentos iguais.

- Sistema hexagonal. Os cristais deste sistema têm um único eixo de simetria ternário ou cenário, referidos a quatro eixos cristalográficos, três horizontais iguais que se cortam em ângulos de 120º e um de comprimento diferente e perpendicular ao plano dos outros três.

- Sistema tetragonal. Os cristais são referidos a três mutuamente perpendiculares, sendo dois horizontais e de igual comprimento e o vertical mais longo ou mais curto que os anteriores.

- Sistema ortorrômbico. Os cristais têm elementos de simetria binária, são referidos três eixos todos perpendiculares entre si e de comprimentos diferentes.

-Sistema monoclínico. Os cristais são caracterizados por um único eixo de simetria binário juntamente ou não por um único plano de simetria. Têm três eixos desiguais.

- Sistema triclínico. Os cristais deste sistema têm um eixo de simetria unitário como sua única simetria.

Há que ter em conta que em mineralogia o termo forma tem um sentido diferente do usado no quotidiano. Deste modo forma diz respeito não à aparência externa do cristal, mas a um grupo de faces do cristal, tendo todas a mesma relação para com os elementos de simetria; ao passo que a configuração externa é indicada pela palavra hábito.

Projecção dos Cristais

Dada a tridimensionalidade dos cristais à necessidade de recorrer a projecções para os passar para o plano. As projecções mais utilizadas são: - projecção esférica. Esta serve para localizar as faces estritamente de acordo com as suas relações angulares e sem consideração pelo tamanho ou configuração.

- projecção estereográfica. neste caso passa-se do caso esférico para uma projecção bidimensional. O plano de projecção é o equatorial e o circulo primitivo é o próprio equador. Para estas projecções utiliza-se a rede estereográfica ou rede de Wulff.

Cristais Geminados

Quando dois ou mais cristais inter crescem de modo que certas direcções dos retículos são paralelas ao passo que outras direcções estão em posição reversa, surge um cristal geminado. A superfície sobre a qual os cristais estão unidos é conhecida por superfície de composição. no caso de esta superfície ser um plano trata-se do plano de composição. Os geminados podem ser geminados de contacto ou geminados de penetração. Os de contacto têm uma superfície de composição definida separando-os, e a lei de geminação é definida por um plano de geminação. Os de penetração são constituídos por cristais que se interpenetram tendo uma superfície irregular de composição e a lei de geminação é definida por um eixo geminado.

Difracção Raios X

Com o uso dos raios X foi possível não só medir a distância entre os planos atómicos sucessivos, mas também determinar as posições dos vários átomos dentro do cristal.

Quando um feixe de raios X incide sobre um cristal, penetra no mesmo e a reflexão resultante não é a partir de um plano único, mas de um número quase infinito de planos paralelos. A equação de Bragg diz que para um espaçamento de um comprimento de onda l, as reflexões ocorrerão somente para determinados ângulos.

Métodos radiométricos utilizados:

• método de rotação • método do pó • método de Laue