Os cristais, a personificação da ordem e beleza na natureza, são caracterizados pelo arranjo altamente regular de seus átomos, íons ou moléculas.Essa organização precisa não só dá aos cristais sua aparência única, mas também determina suas propriedades físicas e químicasNo entanto, a diversidade de cristais excede muito a nossa imaginação, e a cristalografia surgiu como um campo para melhor compreender e estudar essas estruturas variadas.O conceito de sistemas cristalinos serve como um quadro de classificação crucial, agrupando cristais com propriedades de simetria semelhantes para revelar a relação intrínseca entre sua estrutura e características.
Na cristalografia, umSistema de cristalé uma coleção deGrupos de pontosUm grupo de pontos descreve o conjunto de operações de simetria, tais como rotação, reflexão,ou inversão que deixam um cristal inalterado quando realizado em torno de um ponto fixo no espaçoSimplificando, se um cristal apresenta uma simetria particular, ele pertence ao sistema cristalino correspondente.
Estreitamente relacionado com os sistemas cristalinos é o conceito desistemas de rede, que se referem a coleções deCadeias de BravaisAs grades de Bravais são infinitas e discretas matrizes de pontos no espaço que exibem simetria translacional específica.
Grupos espaciaisDescrever a simetria completa de um cristal no espaço, incluindo simetria de translação e simetria de grupo de pontos.A classificação de grupos espaciais depende de seu grupo de pontos (associando-os a um sistema de cristal) e sua rede de Bravais (associando-os a um sistema de rede).
Para simplificar ainda mais a classificação dos cristais, a cristalografia introduz o conceito defamílias de cristaisUma família de cristais é uma unidade de classificação mais ampla formada pela fusão de sistemas de cristais que compartilham o mesmo sistema de rede.se os grupos espaciais de vários sistemas cristalinos todos correspondem ao mesmo sistema de rede, estes sistemas cristalinos estão agrupados numa única família de cristais.
No espaço tridimensional, existem sete sistemas cristalinos distintos:
- Sistema de Cristal da Triclínica:Este sistema tem a menor simetria, com eixos de células unitárias de comprimentos desiguais e ângulos que são todos diferentes de 90 °.
- Sistema de Cristal Monoclínico:A célula unitária tem dois eixos perpendiculares, mas o terceiro eixo não é perpendicular aos outros dois. Os eixos são de comprimentos desiguais, com dois ângulos em 90 ° e um ângulo não em 90 °.
- Sistema cristalino ortorrombico:Todos os três eixos são perpendiculares uns aos outros, mas têm comprimentos desiguais.
- Sistema de Cristal Tetragonal:Os três eixos são perpendiculares, com dois eixos de igual comprimento e o terceiro eixo de comprimento diferente.
- Sistema de Cristal Trigonal:Possui um eixo de rotação triplo, com os três eixos de igual comprimento e ângulos iguais que não são de 90°.
- Sistema de Cristal Hexagonal:Tem um eixo de rotação de seis vezes, com dois eixos de igual comprimento e um ângulo de 120 ° entre eles, enquanto o terceiro eixo é perpendicular aos outros dois.
- Sistema de cristal cúbico:O sistema de simetria mais elevado, com três eixos perpendiculares de igual comprimento.
Observe que os sistemas de cristais trigonais e hexagonais são fundidos na família de cristais hexagonais devido à sua simetria rotacional tripla compartilhada e correspondência com o sistema de rede hexagonal.
Sistemas de cristal, sistemas de rede e famílias de cristal representam três níveis hierárquicos de classificação de cristal:
- Sistemas de grelhaRefletir a simetria de translação das estruturas cristalinas, descrevendo a periodicidade dos arranjos atômicos.
- Sistemas de cristalRefletir a simetria de grupos de pontos das estruturas cristalinas, descrevendo sua capacidade de sofrer operações de simetria em torno de um ponto fixo no espaço.
- Famílias de cristalsão classificações mais amplas que fundem sistemas cristalinos que compartilham o mesmo sistema de rede.
Na maioria dos casos, os sistemas cristalinos e os sistemas reticulares têm uma correspondência de um para um.como ambos correspondem ao sistema de rede hexagonal e são assim fundidos na família de cristais hexagonais.
| Família Crystal | Sistema de cristal | Sistema de grelha |
|---|---|---|
| Triclínica | Triclínica | Triclínica |
| Monoclínica | Monoclínica | Monoclínica |
| Ortorrômbico | Ortorrômbico | Ortorrômbico |
| Tetragonal | Tetragonal | Tetragonal |
| Quadrado | Quadrado | Quadrado |
| Hexagonal | Trigonal | Hexagonal |
| Hexagonal | Hexagonal | Romboédrico |
Além dos sistemas cristalinos, outros conceitos descrevem a simetria cristalina:
- Centrosimetria:Uma estrutura cristalina é centrosimétrica se cada átomo tem uma contraparte simétrica em torno de um ponto central.
- Quiralidade:Os cristais quirais não podem ser sobrepostos em suas imagens espelhadas.
- Polaridade:Um cristal polar tem uma direção (eixo polar) onde as propriedades físicas ou geométricas diferem de sua direção oposta.Os cristais polares apresentam efeitos piezoelétricos ou piroelétricos e só existem em estruturas não-centrosimétricas.
- Grupos espaciais enantiomórficos:Esses grupos espaciais não possuem simetria espelhada e descrevem estruturas de cristais quirais.
Cadeias de BravaisSão fundamentais para a cristalografia, descrevendo a simetria translacional das estruturas cristalinas.As grades de Bravais são definidas porvetores de base, que geram todos os pontos de rede através de combinações de números inteiros.
No espaço 3D, existem 14 redes de Bravais, categorizadas em sete sistemas de rede:
- Triclinic Lattice:Simetria mais baixa; eixos de comprimentos desiguais e ângulos não 90°. Apenas uma rede de Bravais (primitiva).
- Monoclínica Grelha:Dois eixos perpendiculares; terceiro eixo não-perpendicular. Duas redes de Bravais (primitiva e base-centrada).
- Grelha ortorrômica:Três eixos perpendiculares de comprimentos desiguais.
- Retalhos tetragonais:Três eixos perpendiculares, dois de igual comprimento, um desigual, duas redes de Bravais (primitiva e centrada no corpo).
- Redes rhomboédricas:Três eixos de igual comprimento com ângulos diferentes dos 90°.
- Reboco hexagonal:Dois eixos de igual comprimento a 120°, terceiro eixo perpendicular, uma rede de Bravais.
- Grelha cúbica:Três eixos perpendiculares de igual comprimento.
- Espaço 2D:Quatro sistemas cristalinos ̇ oblíquos, retangulares, quadrados e hexagonais ̇ cada um correspondendo a um sistema de rede.
- Espaço 4D:Existem 23 famílias de cristais, com classificações complexas baseadas em quatro eixos e seis ângulos interaxiais.
Os sistemas cristalinos são uma pedra angular da cristalografia, permitindo a classificação de cristais por simetria e iluminando a conexão entre estrutura e propriedades.,sistemas reticulares, e conceitos de simetria relacionados, os pesquisadores ganham insights mais profundos sobre o comportamento e aplicações de materiais cristalinos.