Che cos'è un cristallo?

Un cristallo è costituito da materia formata da una disposizione ordinata di atomi, molecole o ioni. Il reticolo che si forma si estende in tre dimensioni.

Poiché ci sono unità ripetute, i cristalli hanno strutture riconoscibili. Grandi cristalli mostrano regioni piatte (facce) e angoli ben definiti.

I cristalli con facce piatte evidenti sono chiamati cristalli euedrici, mentre quelli senza facce definite sono chiamati cristalli anedrici. I cristalli costituiti da array ordinati di atomi che non sono sempre periodici sono chiamati quasicristalli.

La parola "cristallo" deriva dall'antica parola greca krustallos, che significa sia "cristallo di rocca" che "ghiaccio". Lo studio scientifico dei cristalli si chiama cristallografia.

Esempi

Esempi di materiali di uso quotidiano che si incontrano come cristalli sono il sale da tavola (cloruro di sodio o cristalli di alite), zucchero (saccarosio) e fiocchi di neve. Molte pietre preziose sono cristalli, tra cui quarzo e diamante.

Esistono anche molti materiali che ricordano i cristalli ma che in realtà sono policristalli. I policristalli si formano quando cristalli microscopici si fondono per formare un solido. Questi materiali non sono costituiti da reticoli ordinati.

Esempi di policristalli includono ghiaccio, molti campioni di metallo e ceramica. Ancora meno struttura viene visualizzata dai solidi amorfi, che hanno una struttura interna disordinata. Un esempio di solido amorfo è il vetro, che può assomigliare a un cristallo quando sfaccettato, ma non lo è.

Legami chimici

I tipi di legami chimici formati tra atomi o gruppi di atomi nei cristalli dipendono dalle loro dimensioni ed elettronegatività. Esistono quattro categorie di cristalli raggruppati per legame:

1. Cristalli covalenti: Gli atomi nei cristalli covalenti sono collegati da legami covalenti. I nonmetalli puri formano cristalli covalenti (ad es. Diamante) così come i composti covalenti (ad es. Solfuro di zinco).
2. Cristalli molecolari: Intere molecole sono legate tra loro in modo organizzato. Un buon esempio è un cristallo di zucchero, che contiene molecole di saccarosio.
3. Cristalli Metallici: I metalli spesso formano cristalli metallici, dove alcuni elettroni di valenza sono liberi di muoversi attraverso il reticolo. Il ferro, ad esempio, può formare diversi cristalli metallici.
4. Cristalli ionici: Le forze elettrostatiche formano legami ionici. Un classico esempio è un cristallo di alite o di sale.

Grate di cristallo

Esistono sette sistemi di strutture cristalline, che sono anche chiamati reticoli o reticoli spaziali:

1. Cubico o Isometrico: Questa forma comprende ottaedri e dodecaedri e cubi.
2. tetragonale: Questi cristalli formano prismi e doppie piramidi. La struttura è come un cristallo cubico, tranne per il fatto che un asse è più lungo dell'altro.
3. ortorombico: Questi sono prismi rombici e dipiramidi che assomigliano a tetragoni ma senza sezioni trasversali quadrate.
4. Esagonale: Prismi a sei facce con sezione esagonale.
5. trigonal: Questi cristalli hanno un asse triplo.
6. triclino: I cristalli triclinici tendono a non essere simmetrici.
7. monoclino: Questi cristalli assomigliano a forme tetragonali oblique.

I reticoli possono avere un punto reticolare per cella o più di uno, per un totale di 14 tipi di reticolo cristallino Bravais. I reticoli di Bravais, chiamati per il fisico e cristallografo Auguste Bravais, descrivono la matrice tridimensionale formata da una serie di punti discreti.

Una sostanza può formare più di un reticolo cristallino. Ad esempio, l'acqua può formare ghiaccio esagonale (come i fiocchi di neve), ghiaccio cubico e ghiaccio romboedrico. Può anche formare ghiaccio amorfo.

Il carbonio può formare diamante (reticolo cubico) e grafite (reticolo esagonale.)

Come si formano i cristalli

Il processo di formazione di un cristallo si chiama cristallizzazione. La cristallizzazione si verifica comunemente quando un cristallo solido cresce da un liquido o una soluzione.

Quando una soluzione calda si raffredda o una soluzione satura evapora, le particelle si avvicinano abbastanza da formare legami chimici. I cristalli possono anche formarsi dalla deposizione direttamente dalla fase gassosa. I cristalli liquidi possiedono particelle orientate in modo organizzato, come i cristalli solidi, eppure sono in grado di fluire.