Cristalografía

Cristalografía
	rama de la física, rama de la química (es) y disciplina académica
	Química analítica, Mineraloxía y ciencia de materiales

La cristalografía ye la ciencia que se dedica al estudiu y resolución d'estructures cristalines. La mayoría de los minerales, y polo xeneral tolos materiales, adopten formes cristalines cuando se formen en condiciones favorables. La cristalografía ye l'estudiu de la crecedera, la forma y la xeometría d'estos cristales.

La disposición de los átomos nun cristal puede conocese por difracción de rayos X, de neutrones o electrones. La química cristalográfica estudia la rellación ente la composición química, la disposición de los átomos y les fuercies d'enllaz ente estos. Esta rellación determina propiedaes físiques y químiques de los minerales.

Cuando les condiciones son favorables, cada elementu o compuestu químicu tiende a cristalizase nuna forma definida y carauterística. Asina, la sal tiende a formar cristales cúbicos, ente que el granate, que dacuando forma tamién cubos, atopar con más frecuencia en dodecaedros o triaquisoctaedros. A pesar de les sos distintes formes de cristalización, el sal y el granate cristalicen siempres na mesma clase y sistema.

En teoría son posibles trenta y dos clases cristalines, pero solo una docena inclúi práuticamente a tolos minerales comunes y delles clases nunca se repararon. Estos trenta y dos clases arrexuntar en seis sistemes cristalinos, carauterizaos pol llargor y posición de les sos exes. Los minerales de cada sistema comparten delles carauterístiques de simetría y forma cristalina, según munches propiedaes óptiques importantes.

La cristalografía ye una téunica importante en delles disciplines científiques, como la química, física y bioloxía y tien numberoses aplicaciones práutiques en medicina, mineraloxía y desenvolvimientu de nuevos materiales. Pol so papel en «faer frente a desafíos como les enfermedaes y los problemes ambientales», la UNESCO declaró'l 2014 como'l Añu Internacional de la Cristalografía.^[1]

Orixe del nome

El primer usu del términu cristalografía relativu al estudiu de los cristales deber al médicu y yatroquímico suizu Maurice Cappeller (1685-1769), que lo utilizó en 1723 na so obra Prodromus crystallographiae de crystallis improprie sic dictis commentarium.^[2]^[3]

Teoría

Un material cristalino ye aquel nel que los átomos se estructuran en redes basaes na repetición tridimensional de los sos componentes. La estructura repetitiva denominar celda unitaria. Los cristales clasificar según les propiedaes de simetría de la celda unitaria. Estes propiedaes de simetría tamién se manifiesten n'ocasiones en simetríes macroscópicas de los cristales, como formes xeométriques o planos de quebra. L'estudiu de la cristalografía rique una cierta conocencia del grupu de simetría.

Elementos de simetría

Modelu de rede d'un sistema cristalín cúbicu simple.

Les celdes fundamentales d'un cristal presenten elementos de simetría, que son:

Exa de simetría: ye una llinia imaxinaria que pasa al traviés del cristal, alredor de la cual, al realizar este un xiru completu, repite dos o más vegaes el mesmu aspeutu. Les exes pueden ser: monarios, si xiren el motivu una vegada (360°); binarios, si xirar dos veces (180°); ternarios, si xirar tres veces (120º); cuaternarios, si xirar cuatro veces (90º); o senarios, si xiren el motivu seis vegaes (60º).

Planu de simetría: ye un planu imaxinariu qu'estrema'l cristal en dos metaes simétriques especulares, como'l reflexu nun espeyu, dientro de la celda. Puede haber múltiples planos de simetría. Representar cola lletra m.

Centru de simetría: ye un puntu dientro de la celda que, al xunilo con cualesquier de la superficie, repite al otru llau del centru y a la mesma alloña un puntu similar.

Sistemes cristalinos: toles redes cristalines, al igual que los cristales, que son una consecuencia de les redes, presenten elementos de simetría. Si clasifiquen los 230 grupos espaciales según los elementos de simetría que tienen, llógrense 32 clases de simetría (caúna de les cuales axunta toles formes cristalines que tienen los mesmos elementos de simetría) esto ye, regular o cúbicu, tetragonal, hexagonal, romboédricu, rómbicu, monoclínico y triclínico.

Tipos de vezu cristalín

El vezu ye l'aspeutu esternu del cristal, los distintos tipos de vezu dependen de la estructura del mineral y de les condiciones esternes nes que se formen, son:

Vezu cristalín: ye l'aspeutu que presenta un cristal de resultes del distintu desenvolvimientu de les sos cares.
Vezu acicular: cristales con gran desenvolvimientu de cares verticales. Tienen aspeutu d'aguyes.
Vezu foyosu: cristales con aspeutu de fueyes pol gran desenvolvimientu de les cares horizontales.

Formes cristalográfiques

Ye'l conxuntu de cares iguales que tán rellacionaes pola so simetría:

Una sola cara: pedión
Dos cares:
- Pinacoide: iguales y paraleles rellacionaes por un planu o exa binaria.
- Domo: non paraleles que se rellacionen por un planu.
- Esfenoide: non paraleles rellacionaes per una exa binariu.
Prismas, pirámides, bipirámides, trapezoedros, escalenoedros.
Clases cristalines.

Les posibles agrupaciones de los elementos de simetría son trenta y dos y a estos correspuenden otres tantes clases cristalines, más una a la que nun correspuende nengunu de tales elementos de simetría. Tolos cristales tópense entendíos nestos trenta y dos clases que, de la mesma, reagrupar en siete sistemes (cúbicu o manométrico, tetragonal, hexagonal, trigonal o romboédricu, rómbicu, monoclínico y triclínico).

Propiedaes

Sistema triclínico (a≠b≠c $\alpha$ ≠ $\beta$ ≠ $\gamma$ ≠90º): nun tener nenguna simetría mínima.
Sistema monoclínico (a≠b≠c $\alpha$ = $\gamma$ =90º≠ $\beta$ >90º): Presenta como simetría mínima una exa de rotación binariu o una exa d'inversión binariu (=planu de simetría)
Sistema ortorrómbico (a≠b≠c $\alpha$ = $\beta$ = $\gamma$ =90º): A lo menos tien tres eje binarios perpendiculares ente sigo.
Sistema tetragonal (a=b≠c $\alpha$ = $\beta$ = $\gamma$ =90º): tien como carauterística fundamental una exa de rotación cuaternariu o una exa d'inversión cuaternariu.
Sistema hexagonal (a=b≠c $\alpha$ = $\beta$ =90º, $\gamma$ =120º): la so carauterística fundamental ye la presencia d'una exa de rotación senariu o una exa d'inversión senariu (exa ternaria + planu de simetría perpendicular). Pa mayor precisión, xeneralmente introduzse una cuarta exa i, coplanario con a y b, que forma un ángulu de 120º con cada unu d'ellos, asina la cruz axial va ser (a=b=i≠c $\alpha$ = $\beta$ =90º, $\gamma$ =120º).
Índices de Miller hexagonales: como se trabaya con un cuartu índiz, que s'asitia nel planu a1 a2 y a 120º de cada unu d'estes exes, los planos hexagonales van representase por cuatro índices (hkil). El valor de i determinar como -(h+k).
Sistema romboédricu o trigonal (a=b=c $\alpha$ = $\beta$ = $\gamma$ ≠90º): la so carauterística común ye la presencia d'una exa de rotación ternariu o una exa d'inversión ternariu (exa ternaria + centru de simetría).
Sistema cúbicu (a=b=c $\alpha$ = $\beta$ = $\gamma$ =90º): tien como carauterística fundamental cuatro exes de rotación ternarios inclinaos a 109,47º.

Métodos

Los métodos cristalográficos sofítense fuertemente nel analís de los patrones de difracción que surden d'una muestra cristalina al irradiala con un fai de rayos X, neutrones o electrones. La estructura cristalina tamién puede ser estudiada per mediu de microscopía electrónica.

La cristalografía en bioloxía

La cristalografía asistida por rayos X ye'l principal métodu de llogru d'información estructural nel estudiu de proteínes y otres macromolécules orgániques (como la doble héliz d'ADN, que la so forma identificar en patrones de difracción de rayos X). L'analís de molécules tan complexes y, bien especialmente, con poca simetría rique un analís bien complexu utilizándose ordenadores p'afaer el patrón de difracción a les posibles estructures. El Bancu de Datos de Proteínes (PDB) contién información estructural de proteínes y otres macromolécules biolóxiques.

La cristalografía n'inxeniería de materiales

Les propiedaes de los materiales cristalinos dependen en gran midida de la so estructura cristalina. Los materiales d'inxeniería son polo xeneral materiales policristalinos. Según les propiedaes del monocristal tán daes poles carauterístiques de los átomos del material, les propiedaes de los policristales son determinaes poles carauterístiques y l'orientación espacial de los cristales que lu componen.

La téunica de difracción de rayos X dexa estudiar la estructura del monocristal por aciu la identificación de los planos difractantes según la llei de Bragg, lo cual ye útil pa la determinación de fases. Amás, los métodos cristalográficos dexen estudiar tamién la distribución d'orientaciones cristalográfiques nun material, conocida tamién como testura cristalográfica.

Ver tamién

Referencies

↑ «Añu Internacional de la Cristalografía». Organización de les Naciones Xuníes
↑ Cappeller, M. A. (1723) Prodromus crystallographiae, de cristallis improprie sic dictus commentarium. Lucerna. 43 páxs.
↑ Amorós, J. L. (1978) La gran aventural del cristal. Editorial de la Universidá Complutense de Madrid. Páx. 156 [Y. Prints Complutense, 2015]

Enllaces esternos

Wikiversidá contién proyeutos d'aprendizaxe sobre Cristalografía.
Páxines pa la enseñanza de la Cristalografía CSIC

[1] «Añu Internacional de la Cristalografía». Organización de les Naciones Xuníes

[2] Cappeller, M. A. (1723) Prodromus crystallographiae, de cristallis improprie sic dictus commentarium. Lucerna. 43 páxs.

[3] Amorós, J. L. (1978) La gran aventural del cristal. Editorial de la Universidá Complutense de Madrid. Páx. 156 [Y. Prints Complutense, 2015]

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Cristalografía
rama de la física, rama de la química ^(es) y disciplina académica
Química analítica, Mineraloxía y ciencia de materiales