O que é uma estrutura de cristal?

Muitos sólidos e alguns líquidos cristalinos têm um arranjo tridimensional regular, repetitivo e de átomos, conhecido como estrutura cristalina ou treliça cristalina. Em contraste, um sólido amorfo é um tipo de material sólido, como o vidro, que carece de uma estrutura de repetição de longo alcance. Muitas das propriedades físicas, ópticas e elétricas de sólidos ou líquidos cristalinos estão intimamente relacionadas à estrutura do cristal. As unidades repetidas de uma estrutura cristalina, que são compostas de pequenas caixas ou outras formas tridimensionais, são chamadas de "células". Muitas dessas células são agrupadas em uma estrutura repetida e ordenada para compor a estrutura geral.

A estrutura cristalina de um material cristalino pode afetar muitas das propriedades gerais desse material. É um dos principais fatores definidores que afetam as propriedades ópticas do material, por exemplo. A estrutura cristalina também afeta significativamente a reatividade do material cristalino, pois determina a disposição dos átomos reativos nas bordas e faces externas do sólido ou líquido cristalino. Outras características importantes do material, incluindo propriedades elétricas e magnéticas de alguns materiais, também são determinadas em grande parte pela estrutura do cristal.

Mineralogistas, cristalógrafos, químicos e físicos geralmente estudam materiais cristalinos em ambientes de laboratório. Alguns aspectos simples das estruturas cristalinas podem ser determinados através de medições geométricas simples, mas vários métodos baseados na difração de raios-x, nêutrons, elétrons ou outras partículas permitem determinações muito mais fáceis e precisas da estrutura. Alguns pesquisadores se preocupam apenas em determinar a estrutura de um determinado material cristalino, enquanto outros estão mais interessados ​​em determinar como essa estrutura se conecta às outras propriedades do material. Outros pesquisadores ainda estão interessados ​​em encontrar aplicações úteis para vários materiais com base em suas estruturas, e alguns até tentam sintetizar novos sólidos e líquidos cristalinos com base nas propriedades esperadas de suas estruturas desejadas.

Deve-se notar que, embora os materiais cristalinos teóricos sejam compostos por uma série perfeita e consistente de unidades repetidas, os cristais reais tendem a apresentar falhas. Essas falhas são, na maioria dos casos, simplesmente irregularidades na estrutura normal dos cristais. Em alguns casos, isso ocorre quando um átomo ocupa um lugar diferente em uma determinada estrutura cristalina do que normalmente faria. As diferentes propriedades desse átomo podem ter impactos substanciais na forma como as unidades estruturais do cristal se organizam em torno dele. Da mesma forma, os defeitos ou irregularidades dos cristais reais podem ter impactos substanciais nas propriedades gerais do material cristalino.