Kristal
Kimikan, mineralogian eta materialen zientzian, kristala solido bat da, hiru espazio-dimentsioetan hedatzen den eredu errepikakor eta ordenatua osatuz paketatutako atomo, molekula edo ioiak dituena. Kristalografia deritzon zientziak aztertzen ditu.
- Agian Beira artikulua bilatzen ari zinen.
Hitza grezieratik dator (κρύσταλλος, krystallos, "izotz argia"), hasieran uraren forma solido berezia zela uste baitzen. Bereziki, kuartzoari izena emateko erabili izan da.
Jariakin batek kristal bat eratzen duenean, hainbat faktorek eragiten dute prozesuan: jariakinaren ezaugarri kimikoak, solidotzearen baldintzak eta ingurunearen baldintzak (tenperatura eta presioa). Kristal-egitura bat sortzearen prozesuari kristalizazio deritzo.
Normalean materialen hozte-prozesuek kristalak sortzen dituzte, baina zenbait baldintzatan, jariakina kristala ez den beste egoera batean gogor daiteke. Kristala ez den forma horri solido amorfo edo beiratsu deritzo.
Material-mota guztiek eratzen dituzte kristalak. Ia metal guztiak existi daitezke egoera polikristalinoan; izan ere, metal amorfoak edo kristal bakarrekoak eratzeko teknika artifizialak erabili behar izaten dira. Ionikoki lotutako kristalak gatzak solidotzean sortzen dira, bai jariakin batetik abiatuz bai disoluzio bat kondentsatu delako. Lotura kobalentedun kristalak ere oso arruntak dira, esaterako silizioa, grafitoa edo diamantea. Material polimerikoek, oro har, kristal-eskualdeak eratzen dituzte, hain molekula luzeak dituztenez kristalizazio osoa zaila izaten baita. Van der Waals-en indar ahulek ere kristal-egituran eragiten dute; esaterako, grafitoaren hexagono-formako orriak lotuta mantentzen dituzte.
Inoiz, kristalek akatsak dituzte: izatez, arrunt samarra da kristalak akasdunak izatea. Akats-motak eta haren egiturak eragin handia izaten du materialaren propietateetan.
Kristalen estrukturaketa (mikroskopikoa)
"Kristal" hitzaren definizio zientifikoa, bere barneko atomoen egituraketa mikroskopikoan datza, non kristal estruktura sortzen den, kristal hau osatu eta definitzen duena. Kristalak definizioz, bere atomoak forma periodikoan ordenatuta ditu, salbuespenak kenduta; kuasikristalak, ikus behean.
Solido guztiak ez dira kristalak. Adibidez: Ura izoztean, lehenik izotz kristal txikiak sortzen dira fase aldaketa geldoaz, hauek estruktura erabat betetzen duten arte, honela izotza sortuz, hau da, egitura polikristlino bat. Beraz, izotz kubo bat hartuta bertako kristal txiki bakoitza ("kristalito" edo "ale" ere deitua) ordenamendu atomiko periodikoa duen benetako kristala izango da, aldi berean polikristalinoak osotasunean ez du ordenamendu atomiko periodikorik izango, izan ere, alearen tamainak berak mugatzen baitu ordenamendu atomiko periodikoaren patroia. Solido ez-organiko makroskopiko gehienak polikristalinoak dira, baita zeramika, izotza, eta arrokak besteak beste. Ez kristalino eta ezta polikristalino diren solidoek, beiraren antzera, barne egitura amorfoa dutela diogu, hau da, ez-kristalinoa. Hauek ez dute ordenamendu periodikorik, ezta eskala mikroskopikoan ere. Ezberdintasun handiak daude solido kristalino eta solido amorfoen artean: Izan ere, beiraren eraketa prozesuak ez baitu fusioaren bero latentea askatzen, eta aldiz kristal baten eraketak bai. Egitura kristalinoa (ordenamendu atomiko periodikoa duena) bere gelaxka unitarioarengatik bereiz daiteke, hau kaxa irudikari bat da, non atomo bat edo gehiago dauden posizio espazial jakin batean. Kaxa irudikari hauek espazio tridimentsional batean pilatzen dira egitura errepikatuz, eta honela egitura kristalinoa osatuz.
Kristal aldeak eta formak
Kristalak bereiziki beren formarengatik dira bereizgarri, forma honek honako elementuak izanik; aurpegiak, aldeak eta erpinak. Hala ere, konposatu bat kristala izan dadin ez ditu hauek eduki behar nahita nahiez, —kristala deitzen zaio dagokion ordenamendu mikroskopikoarengatik eta ez bere forma makroskopikoarengatik—hala ere, bere forma makroskopiko ezaugarria sarri agertu ohi da hauetan, bestalde begi bistaz kristala sailkatzea erraztuz. Kristalaren itxura makroskopikoari kristal-habitu deritzo.
Kristal ehudralak, ongi osatutako aurpegi lauak ditu, aldiz kristal anhedral batek hauek ez ditu, gehientan azken hau ale bat edo polikristalino bat izan ohi delako.
Kristal euhedral baten aurpegi lauak orientazio jakin baten arabera antolatuak daude, hain zuzen ere, bere aurkako aurpegiaren ordenamendu atomikoaren arabera (Millerren indize oso bajuak izan ohi dituzte).
Hau aurpegien orientazioaren egonkortasunaren ondorio da; zenbait azalera beste batzuk baina egonkorragoak direlako gertatzen da. Kristal bat hazten doan heinean, bertako atomo berriak errazago lotzen zaizkie marruskadura handiko gainazalei, baina zailtasun handiagoz azalera lau eta egonkorrei. Honen ondorioz, gainazal lauak, handiagoak eta leunagoak sortzen dira.
Aintzinako kristalografiako tekniketako bat honen orientazio tridimensionala neurtzean datza, eta honekin aurkako aurpegien elementuak aurresatean.
Kristal baten habitua bistaz bereiz daitekeen forma da, eta hau egitura kristalinoak determinatzen du.
Naturan agerpena
Arrokak
Bai bolumenez eta baita masaz ere, lurreko kristal kontzentrazio handienak harri ama solidoaren zati dira. Harrietan aurki daitzekeen kristalen diametroak ezberdinak izan daitezke; badaude tamainaz frakzio milimetrikoak ainak direnak eta baita zentrimetroak izan ditzakeen tamainakoak ere, hala ere, ausaz aurkitu izan dira ohiz kanpoko tamaina duten kristal handiak. Hainbat eta hainbat kristal hauek jasaten dituzten prozesu magmatiko eta metamorfikoen ondorio dira, eta hauek elkartzean azalera handiko harri kristalino masak sortzen dituzte. Arroka igneo gehienak magma urtutik eratorriak dira eta hauen kristalizazio gradua hau solidifikatu zen uneko baldintzen araberakoa da. Granitoa bezalako arrokak, zeintzuk presio handiaren pean oso poliki hoztu diren, erabateko kristalizazioa jasan dute; baina lurrazalean isuritako laba ezberdinak azkarregi hoztean azken talde honetan beira edo materia amorfoa agertzea ohikoa da.
Beste hainbat arroka kristalinoek; marmolak, mika-eskistoak, eta kuartzitak besteak beste birkristalizazioa jasaten dute. Hori arroka sedimentarioetatik eratorriak direlako gertatzen da; (arbela, hondarra... etab.) eta inoiz ez urtuta ezta soluzio batean egon delako ere, baina, tenperatura eta presio handien aurrean egotean birkristalizazioa jasaten du; honela, jatorrizko egiturak ezabatuz.
Izotza
Lurrean aurki daitekeen materia kristalinoari dagokionean, urean oinarritutako izotz elurra, itsas izotza eta galziarrak besteak beste; dira lurreko elementu kristalino nagusiak. Elur maluta bakarra kristal bakar bat edo kristal bilduma bat da[1], aldiz, izotz kubo bat polikristal bat da.
Polimorfismoa eta alotropia
Artikulu nagusiak: Polimorfismoa eta alotropia
Talde bereko atomoak sarritan modu desberdinetan solidotu daitezke. Polimorfismoa solido bat kristal forma bat baina gehiagotan existitzeko gaitasuna da. Esate baterako, ur izotza forma hexagonalean aurkitzen da (lh), baina forma kubikoan ere existitzen da (lc), romboedro izotza eta beste hainbat formatan bezalaxe. Polimorfismo diferenteei normalean fase diferenteak deitzen zaie.
Gainera, atomo berdinak gai izan daitezke kristalak ez diren faseak eratzeko. Esate baterako, urak izotz amorfoa osa dezake, SiO2-k silika fusionatua (kristal amorfoa) eta kuartzoa (kristala). Era berean, substantzia batek kristalak era baditzake, polikristalak ere era ditzake.
Elementu kimiko puruentzako polimorfismoa alotropia gisa ezagutzen da. Adibidez, diamantea eta grafitoa karbonoz osatutako bi forma kristalino dira, karbono amorfoak, aldiz, ez du kristal formarik. Polimorfismoek, nahiz eta atomo berdinak eduki, propietate diferenteak eduki ditzakete. Esate baterako, diamantea elementu gogorrena da, grafitoa, aldiz, hain biguna da non lubrifikatzaile bezala erabiltzen den.
Polimorfismoa fenomeno bat da non atomo berdinak solido amorfo forma bat baina gehiagotan existitzen diren.
Kristalizazioa
Artikulu nagusiak: Kristalizazioa eta Kristal igoera
Kristalizazioa kristal egiturak osatzeko prozesua da, fluido edo fluidoetan disolbatutako materialetatik abiatuz.
Kristalizazioa asko ikertutako arlo konplexua da, izan ere, baldintzen arabera, fluido bakarra forma ezberdin askotan solidifikatu baitaiteke. Kristal bakarra sor dezake, agian hainbat fase, esteokiometria, ezspurutasun, akats eta ohitura posiblekin. Edo polikristal bat eratu dezake, hainbat tamaina, antolaketa, orientazio eta faseko ale konbinazio ezberdinekin. Solidoaren azken forma zehazteko jariakina zer nolako baldintzetan solidifikatu den aztertu behar da, hala nola, jariakinaren egitura kimikoa, giro presioa, tenperatura eta parametro guzti hauen aldatze abiadura.
Kristal handiak sortzeko (boule kristala deituak) industrian erabiltzen diren teknikak Czochralski prozesua eta Bridgman teknika dira. Beste hainbat teknika exotiko erabiltzen direnak, sustantziaren propietate fisikoen arabera, honako hauek dira: hidrotermal sintesia, sublimazioa, konponketan oinarritutako kristalizazioa.
Kristal handiak prozesu geologikoen bidez sortaraz daitezke. Esate baterako, selenita kristala lurretik 10 metro baino gehiagotan Naicako Kristal haitzuloan aurki daiteke.
Kristalak prozesu biologikoen bidez ere sortaraz daitezke. Bestalde, organismo batzuk gai dira hainbat teknika bereziren bitartez kristalizazioa saihesteko, adibidez izotz-kontrako proteinak.
Akatsak, ez-purutasunak, eta makla
Artikulu nagusiak: Kristalografiko akatsa, Ez-purutasuna, Makla, Mosaiko kristal neurketa
Kristal ideal batek atomo bakoitza egitura errepikakor perfektu batean du. Hala ere, errealitatean, kristal elementu gehienek kristalografia akatsak dituzte, egituran hausturak dituzten kristal elementuak, alegia. Egitura hauen akatsek eragin sakona izan dezakete kristal elementu hauen propietateetan.
Kristalografi akatsen hainbat adibide, besteak beste, hutsunearen akatsak (leku huts bat da non atomo bat egon beharko zen), espazio interstizialeko akatsak (atomo bat berea ez den lekuan egotea) eta lokadura dira. Lokadurak oso garrantzitsuak dira materialen zientzian, izan ere, lagundu egiten dute materialen indar mekanikoa zehazten.
Beste kristalografi akats mota bat ez-purutasuna da, hau da, kristalean egitura idealari ez dagozkion atomoak agertzea. Esate baterako, diamante kristal perfektu bat karbonoz bakarrik osatuta legoke, baina errealitatean agian boro atomoak ere eduki ditzake. Ezpurutasunek kristalaren itxura alda dezakete, hein batean. Boro ez-purutasun horrek diamantearen kolorea aldatzen du apur bat urdina eginez, Halaber, errubi eta zafiroaren arteko desberdintasuna korindoi kristal bateko ez-purutasunean dago. Erdieroaleetan, ez-purutasun mota berezi batek, dopina izenekoak, kristalaren propietate elektrikoak erabat aldatzen ditu. Erdieroale gailuak, transistoreak esate baterako, seguruenik, neurri handi batean, erdieroaleen dopanteak leku ezberdinetan jarriz eginak dira, egitura espezifikoetan.
Makla kristalografi akatsa eta kristal pikorren mugaren arteko fenomeno bat da. Pikorren mugan bezala, maklak kristal orientazio desberdinak ditu bere bi aldeetan. Pikorren mugan ez bezala, orientazioak ez dira ausazkoak, baina espezifikoki ispilu irudi modu batean erlazionatuta daude.
Mosaiko kristal neurketa kristalezko planoaren orientazioen hedapena da. Kristal mosaiko bat unitate kristalino txikiagoak dira elkarren artean gaizki lerrokatuta.
Lotura kimikoak
Oro har, solidoak hainbat motatako lotura kimikoren bidez lotzen dira, lotura ionikoak, lotura kobalenteak, Van der Waalsen indarrak eta beste batzuk. Horiek ez dira nahitaez lotura kristalinoak. Hala ere, badaude joera orokor batzuk loturei dagokienean.
Metalak ia beti polikristalinoak dira, nahiz eta salbuespenak dauden, esate baterako metal amorfoak eta kristal bakarreko metalak. Konposatu ionikoak kristalak edo polikristalak izaten dira. Praktikan gatz-kristal handiak sortzen dira likido urtuen solidifikaziotik edo kristalizaziotik. Lotura kobalenteek solidoak sortzen dituzte, oso arruntak dira, adibide esanguratsuak diamantea eta kuartzoa dira. Van der Waalsen indarrek kristalak elkartzen laguntzen dute , esate baterako, solido molekular kristalinoak eta grafitoa. Material polimeroak, oro har, kristal-eskualdeak osatzen dituzte, baina molekulen luzerak gehienetan erabateko kristalizazio saihesten du, batzuetan, polimeroak guztiz amorfoak dira.
Kuasikristalak
Kuasikristal bat forma ordenatua baina ez periodikoa duen estruktura da. Espazio osoa betetzen dituzten ereduak sortzen dira, nahiz eta simetria itzultzailea izan. Kristalek ordea, kristalografiaren murrizketa teorema klasikoaren arabera, 2, 3, 4 simetria errotazional soilik dituzte, eta 6 toles eduki ditzazkete. Bikoiztutako Bragg difrakzioaren ereduan patroiak gailur zorrotzak erakusten ditu, hau da, beste simetria-orden batzuk agertzen dira.
Kristalografiaren Nazioarteko Batasunak "kristal" hitzaren barnean kristal periodiko arruntak eta kuasikristalak ("funtsean difrakzio diskretu diagrama duen edozein solido"[2]) sartu ditu.
Kuasikristalak lehen aldiz 1982an aurkitu ziren. Arraroak dira, ehun solido baizik ez dira ezagutzen; kristalak, ordea, 400.000tik gora daude[3]. 2011ko Kimikako Nobel Saria Dan Shechtmanek jaso zuen kuasikristalak aurkitzeagatik[4].
Anisotropiaren ezaugarri bereziak
Kristalek ezaugari berezi batzuk eduki ditzakete beirak eta klastoek normalean ez dituztenak. Horietako ezaugarri batzuk hauek izan daitezke: optikoa, elektrikoa eta mekanikoa. Ezaugarriak kristalaren anisotropiarekin erlazionatuak daude, hau da, antolaketa atomikoan biraketa simetriko ezarekin. Bereizgarrietako bat efektu piezoelektrikoa da, non tentsio batek kristala uzkurtu edo luzatuko duen. Beste bat birrefrigentzia da, bertan irudi bikoitza agertzen da kristalaren zehar begiratzean. Bestalde karakteristika desberdinak ager daitezke kristalaren direkzio ezberdinetan. Esate baterako, eroankortasuna eta Young-en modulua.
Kristal guztiek ez dituzte ezaugarri guztiak edukiko. Ostera, karakteristikak ez dira kristalenak soilik. Beiran eta klastoetan ager daitezke, horretarako anisotropikoak bihurtu behar dira. Hori gertatzen da deformazioaren ondorioz gogortzen direnean edo estres mekanikoa jasaten dutenean.
Kristalografia
Kristalografia kristalen egiturak ikertzen dituen geologiaren barneko zientzia da. Zientzia honen helburuetako bat kristal bakoitzak duen simetria taldea eta sistema kristalinoa zehaztea da.
Hainbat metodo erabiltzen dira kristalak ikertzeko. Alde batetik ikerketa optikoa , bertan begi bistaz ikusten diren sistema kristalinoak aztertzen dira. Beste alde batetik mikroskopioa erabiltzen da, argiarekin zerikusia duten elementuak ikertzeko. Hala ere, atomoen disposizioa ikertzeko metodorik zehatzena X izpiak erabiltzea da, izpiak sortzen dituzten difrakzio patroiak aztertzen dira horretarako.
Argazki bilduma
Intsulina kristala, lurraren orbitan sortua.
Izotz kristala.
Silizio mota bat, industrialki-produzitzen den kristal mota garrantzitsu bat.- Ziabelar metalez osatutako kristala.
Apatito kristala, kuartzo eta pirita zatiekin.
Kalkopiritaz, piritaz eta bornitaz osatutako kristala.
Errubi kristala
Erreferentziak
- Kenneth., Libbrecht,. The snowflake : winter's frozen artistry. ISBN 9781627887335..
- (Ingelesez) IUCr. (1992-11-01). «Report of the Executive Committee for 1991» Acta Crystallographica Section A Foundations of Crystallography 48 (6): 922–946. doi:. ISSN 0108-7673. (Noiz kontsultatua: 2017-11-17).
- (Ingelesez) Steurer, Walter. (2004-07-01). «Twenty years of structure research on quasicrystals. Part I. Pentagonal, octagonal, decagonal and dodecagonal quasicrystals» Zeitschrift für Kristallographie - Crystalline Materials 219 (7) doi:. ISSN 2196-7105. (Noiz kontsultatua: 2017-11-17).
- Kimikako Nobel saria, kuasikristalak aurkitzeagatik - Zientzia.eus. (Noiz kontsultatua: 2017-11-17).
