Cristall
De Viquipèdia
Un cristall és una forma sòlida, en la que els constituents, àtoms, molècules, o ions estan empaquetats de manera ordenada i amb patrons de repetició que s'estenen en les tres dimensions espacials. La cristal·lografia és l'estudi científic dels cristalls i de la seva formació.
Mentre que el terme "cristall" té un significat precís dins de la ciència de materials i en la física d'estat sòlid, col·loquialment, la paraula cristall té dues accepcions:
- Una d'elles es refereix a objectes sòlids que presentes formes geomètriques ben definides i sovint agradables, per la qual cosa es troben en moltes col·leccions o fins i tot es venen en comerços especialitzats.
- L'altra correspon a la paraula que col·loquialment es fa servir com a sinònim de vidre, el qual per la seva natura es l'antítesi dels cristalls als que es refereix la física de l'estat sòlid. En la majoria dels casos, per fabricar aquests materials vitris cal refredar un fluid molt ràpidament de manera que els àtoms no puguin viatjar als seus llocs d'enreixat abans que perdin la mobilitat. Aquests materials no cristal·lins, que no tenen cap ordre de llarg abast, s'anomenen sòlids amorfs o vidriosos. L'exemple més conegut d'aquesta mena de materials és el vidre, però n'existeixen molts més.
Les diferències més importants entre els sòlids i els vidres: més notablement, el procés de formar un vidre no allibera la calor latent de fusió. Per aquesta raó, molts científics consideren que els materials vidriosos són líquids molt viscosos més que sòlids veritables, encara que això és un tema controvertit; vegi l'entrada sobre vidre per a més detalls.
Les diverses formes de tals cristalls es troben en la natura. La forma d'aquests cristalls és dependent del tipus d'enllaços moleculars entre els àtoms per determinar l'estructura, així com de les condicions sota les quals s'han format. Els flocs de neu, els diamants, i la sal comuna són exemples comuns de cristalls.
Les substàncies poden formar cristalls quan sofreixen un procés de solidificació, ja sigui pel pas de líquid a sòlid, de gas a sòlid o per la precipitació d'una dissolució saturada. Sota condicions ideals, el resultat pot ser un cristall senzill, on tots els àtoms en el sòlid caben al mateix enreixat o estructura cristal·lina però, generalment, molts cristalls es formen simultàniament durant la solidificació, portant a un sòlid policristal·lí. La majoria dels metalls que es troben en la vida diària són policristalls. Els cristalls creixen junts simètricament formant parelles bessones.
Quina estructura cristal·lina formarà el fluid dependrà de la substància química del fluid, les condicions sota les quals s'està solidificant, i també de la pressió ambiental. Al procés de formació d'una estructura cristal·lina se'l coneix amb el nom de cristal·lització.
Les estructures cristal·lines ocorren en totes les classes de materials, amb tots els tipus d'enllaços químics. Gairebé tots el metalls existeixen en un estat policristal·lí; els metalls amorfs o monocristal·lins s'han de produir sintèticament, sovint amb gran dificultat. Els cristalls amb enllaços iònics es poden formar be des d'un fluid fos o per precipitació d'una dissolució. Els cristalls amb enllaç covalent són també son molt comuns, exemples notables són el diamant, la sílice, i el grafit. Els materials de polímer generalment formaran regions cristal·lines, però les llargades de les molècules normalment eviten una completa cristal·lització. Les forces més dèbils de Van der Waals també poden jugar un paper important en una estructura cristal·lina; per exemple, aquest tipus d'enllaç dèbil manté unides les capes hexagonals del grafit i expliquen la seva tendència a l'exfoliació.
La majoria dels cristalls tenen una varietat de defectes cristal·logràfics, que apareixen per causes diverses: deformacions mecàniques, refredament excessivament ràpid, defectes produïts per la radiació, impureses etc.
Defectes més comuns;
- Defectes puntuals
- Defecte de Frenkel: un ió es desplaçat des de el seu lloc a la xarxa a un dels espais intersticials (espais que queden entre els àtoms) de la xarxa.
- Defecte de Schottky: dos ions de signes oposats deixen la xarxa.
Els tipus i les estructures d'aquests defectes poden tenir un efecte profund sobre les propietats dels material
Alguns materials cristal·lins poden exhibir propietats elèctriques especials com l'efecte ferroelèctric o l'efecte piezoelèctric. El comportament de la llum en cristalls és descrit per l'òptica cristal·lina. En estructures dielèctriques periòdiques es pot esperar una gamma de propietats òptiques úniques, tal com les que es donen als cristalls fotònics.
