Artikulu hau "Kalitatezko 1.000 artikulu 12-16 urteko ikasleentzat" proiektuaren parte da

Kristal

Wikipedia, Entziklopedia askea
Hona jauzi: nabigazioa, Bilatu
Agian Beira artikulua bilatzen ari zinen.
Kuartzo-kristala
Galioa, kristal handiak eratzen dituen metala

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.

Hitza grezieratik dator (κρύσταλλος, krystallos, bere esanahia izotz argia da), 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 ekoizten dituzte, baina zenbait baldintzatan, jariakina kristala ez den beste egoera batean solidotu 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.

Kristalek akatsak eduki ditzakete; izatez, arrunt samarra da kristalak akasdunak izatea. Akats-motak eta bere egiturak eragin handia eduki dezake materialaren propietateetan.

Kristalen estrukturaketa (Mikroskopikoa)[aldatu | aldatu iturburu kodea]

"Kristal" hitzaren definizio zientifikoa, bere barneko atomoen egituraketa mikroskopikoan datza, non kristal estruktura sortzen den, kristal hau osatu eta definitzen duena. Kristalek definizioz, bere atomoak forma periodikoan ordenatuta ditu, salbuespenak kenduta; kuasikristalak, ikus behean.

NaCl (egitura kristalinoa)

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 bakoitzak ("kristalito" edo "grano" ere deituak) ordenamendu atomiko periodikoa duen benetako kristala izango da, aldi berean polikristalinoak osotasunean ez du ordenamendu atomiko periodikorik izango, izan ere, granoaren tamainak berak mugatzen baitu ordenamendu atomiko periodikoaren patroia. Solido inorganiko 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 bertan atomo bat edo gehiago dauden posizio espazial jakin batean. Kaxa irudikari hauek espazio tridimentsional batean pilatzen dira, honela egitura kristalinoa osatuz.

Kristal aldeak eta formak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

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, gainera erraza izanik forma hauek errekonozitzea begi bistaz.

Kristal ehudralak batek, ongi osatutako aurpegi lauak ditu, aldiz kristal anhedral batek hauek ez ditu, gehientan azken hau grano bat edo polikristalino bat izan ohi delako.

Kristal euhedral baten aurpegi lauak orientazio espezifiko baten arabera daude, hain zuzen ere, bere aurkako aurpegiaren ordenamendu atomikoaren arabera (Millerren indize oso bajuak izan ohi dituzte).

Hau aurpegien orientazioaren estabilitatearen ondorio dira. Hainbat azalera beste batzuk baina egonkorragoak direlako gertatzen da hau. Kristal bat hazten doan arabera, bertako atomo berriak errazago itsasten dira marruskadura handiko gainazaletara, baina, zailtasun handiagoz azalera lau eta egonkorretara. Honen ondorioz, gainazal lauak, handiagoak eta leunagoak sortzen dira.

Sare kristalinoaren hedapena.

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[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Arrokak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

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 aurki 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 presiope handian 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.

Izotz kristalak

Beste hainbat arroka kristalinoek; marmolak, mica-eskistoak, eta kuartzitak besteak beste birkristalizazioa jasaten dute. Hau arroka sedimentarioetatik eratorriak direlako gertatzen da; (arbela, hondarra... Etab.en antzera) eta inoiz ez urtuta ezta soluzio batean egon ez delako, baina, tenperatura eta presio handien aurrean egotean birkristalizazioa jasaten du; honela, jatorrizko egiturak ezabatuz.

Izotza[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Kaltzita kristala

Lurrean aurki daitekeen materia kristalinoari dagokionean, uran 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.

Kristal Organikoak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Organismo bizidun askok kristalak ekoizten dituzte, adibidez, kaltzita eta aragonita, moluskuen kasuan, ornodunen kasuan...

Polimorfismoa eta alotropia[aldatu | aldatu iturburu kodea]

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 Ice Ih aurkitzen da, baina forma kubikoan Ice Ic ere existitzen da, romboedro izotza eta beste hainbat forma. Polimorfismo diferenteei normalean fase diferenteak deitzen zaie.

Gainera, atomo berdinak gai izan daitezke kristalak ez diren faseak eratzeko. Esate baterako, urak izotz amorfoa eratu dezake, SiO2-k silika fusionatua (kristal amorfoa) eta kuartzoa (kristala). Era berean, substantzia batek kristalak eratu baditzazke, polikristalak ere eratu ditzazke.

Elementu kimiko puruentzako polimorfismoa alotropia bezala ezagutzen da. Adibidez, diamantea eta grafitoa karbonoz osatutako bi forma kristalino dira, karbono amorfoak, aldiz, ez du kristal forma. Polimorfismoek, nahiz eta atomo berdinak eduki, propietate diferenteak eduki ditzazkete. Esate baterako, diamantea elementu gogorrena da, grafitoa, aldiz, horren biguna da non lubrifikatzaile bezala erabiltzen den.

Polimorfismoa fenomeno bat da non atomo berdinak solido amorfo forma bat baina gehiagotan existitzen den.

Kristalizazioa[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Artikulu nagusiak: Kristalizazioa eta Kristal igoera

Kristalizazioa kristalino egiturak osatzeko prozesua da fluido edo fluidoetan disolbatutako materialetatik.

Hozte kristalizatzailea erremolatxa azukre fabrika batean.

Kristalizazioa asko ikertutako arlo konplexua da, izan ere, baldintzen arabera, fluido bakarra forma diferente askotan solidifikatu daiteke. Kristal bakarra eratu dezake, agian hainbat fase, esteokiometria, ezspurutasun, akats eta ohitura posiblekin. Edo polikristal bat eratu dezake, hainbat posibilitate tamainarentzako, antolaketantzako, orientaziorentzako eta faseko aleentzako. Solidoaren azken forma fluidoa zer nolako baldintzetan solidifikatuta dagoen zehaztuta dago, hala nola, fluidoaren kimika, 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 sortarazi daitezke. Esate baterako, selenita kristala lurretikan 10 metro baino gehiagotan Naicako Kristal haitzuloan aurkitu daiteke.

Kristalak prozesu biologikoen bidez ere sortarazi daitezke. Organismo batzuk gai dira hainbat teknika berezien bitartez kristalizazioa saihesteko, adibidez izotz-kontrako proteinak.

Akatsak, ez-purutasunak, eta makla[aldatu | aldatu iturburu kodea]

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 kristalografi akatsak dituzte, egituran hausturak dituzten kristal elementuak, alegia. Egitura hauen akatsek eragin sakona izan dezakete kristal elementu hauen propietateetan.

Maklaz osatutako pirita kristal taldea.

Kristalografi akatsen hainbat adibide, besteak beste, hutsunearen akatsak (leku huts bat da non atomo bat egon beharko zen), espazio interstizialeko defektuak (atomo bat leku batean egotea baino bere lekua hori ez izatea) eta lokadura dira. Lokadurak oso inportanteak dira materialen zientzian, izan ere, lagundu egiten dute materialen indar mekanikoa zehazten.

Beste kristalografi akats mota bat ez-purutasuna da, hau da, atomo okerra kristalean dago. Esate baterako, diamante kristal perfektu bat karbonoz bakarrik osatuta dago, baina errealitatean agian boro atomoak ere eduki ditzazke. Boro ez-purutasun honek 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 bat, dopina izenekoa, 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 muga bezala, maklak kristal orientazio desberdinak ditu bere bi aldeetan. Pikorren muga 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[aldatu | aldatu iturburu kodea]

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[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Kuasikristalen eredu atomikoa

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, 100 solido bakarra ezagutzen dira, kristalak ordea 400.000 baino gehiago ezagutzen dira[3]. 2011ko Kimikako Nobel Saria Dan Shechtmanek jaso zuen kuasikristalak aurkitzeagatik[4].

Anisotropiaren ezaugarri bereziak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Kristalek ezaugari berezi batzuk eduki ditzazkete 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, nun 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[aldatu | aldatu iturburu kodea]

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[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Ikus, gainera[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Kanpo loturak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Wikimedia Commonsen badira fitxategi gehiago, gai hau dutenak: Kristal Aldatu lotura Wikidatan
  1.   Kenneth., Libbrecht,, The snowflake : winter's frozen artistry, ISBN 9781627887335, https://www.worldcat.org/oclc/950933014 .
  2. (Ingelesez)  IUCr (1992-11-01), «Report of the Executive Committee for 1991», Acta Crystallographica Section A Foundations of Crystallography (6): 922–946, doi:10.1107/s0108767392008328, ISSN 0108-7673, http://scripts.iucr.org/cgi-bin/paper?S0108767392008328. Noiz kontsultatua: 2017-11-17 .
  3. (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 (7), doi:10.1524/zkri.219.7.391.35643, ISSN 2196-7105, http://www.degruyter.com/view/j/zkri.2004.219.issue-7/zkri.219.7.391.35643/zkri.219.7.391.35643.xml. Noiz kontsultatua: 2017-11-17 .
  4.   Kimikako Nobel saria, kuasikristalak aurkitzeagatik - Zientzia.eus, http://zientzia.eus/artikuluak/kimikako-nobel-saria-kuasikristalak-aurkitu-izanag/. Noiz kontsultatua: 2017-11-17 .