Kristal-egitura

Mineralogian eta kristalografian, kristal-egitura kristalek daukaten atomo-, molekula- edo ioi-antolamendua da. Antolamendu hori ordenatua da eta zenbait errepikapen eta simetria eragiketek hiru dimentsiotara zabaltzen dute egitura. Kristal-egitura baten osagaiak gai bat, modu jakin batean antolatutako atomoen sorta bat eta sareta bat dira. Sareta hiru dimentsioetan modu periodikoan errepikatutako puntuen multzo bat da. Gaiak puntu horien gainean kokatuta daude. Puntuek kutxa txikitxo berdinen multzo baten antzeko zerbait osatzen dute, saretaren espazio osoa betez. Kutxatxo hauei unitate-gelaxka deritze. Unitate-gelaxka baten ertzen luzerari eta haien arteko angeluei saretaren parametroak deritze.

Materiaren egitura kristalinoa orden handienekoa da, hau da, kristalaren barruko korrelazioak handienak izateko moduan antolatzen da. Kristala sortzeko prozesuan nahiko denbora igaro bada eta baldintzak egokiak izan badira, ondo definitutako egiturak sortzen dira. Dena den, kanpoko itxura hau ez da nahikoa izango gorputzaren kristalinitatea definitzeko.

Kristalaren simetriak eta egiturak eragin zuzena daukate kristalaren propietateetan, hala nola segmentazioan, propietate elektronikoetan eta propietate optikoetan.

Kristalak, atomoak, ioiak edo molekulak paketatu egiten dira eta 1 ångström = 10^-10 m-ko motiboen errepikapena ematen dute. Hiru dimentsioetako errepikapen honi, sare-kristalinoa deitzen zaio.

Unitate-gelaxka, kristal osoa sortzen duen patroi errepikakorra da eta materialaren partikula ttalde txikienak osatzen du. Unitate-gelaxkak sare kritsalinoaren egituraren simetria guztiak definitzen ditu. Esaten da, errepikapen patroiak Bravais sarearen puntuetan kokatuta dagoela.

Kristal egiturak eta simetriak garrantzitsuak dira zenbait ezaugarri fisikoak definitzeko orduan.

Konposatu inorganikoetan, errepikatzen diren elementuak, beraien artean lotzaileak diren atomo edo ioiak dira; lotura hauek materialari egonkortasuna eta gogortasuna ematen diote. Konposatu organikoetan berriz, molekula isolatuak bereizten dira. Kristal barruko lotura atomiko ezegonkorren ondorioz, material hauek, inorganikoak baino biguinagoak eta ezegonkorragoak dira.

Atomo bat edo gehiago hiru dimentsiotan antolatuta dituen kaxa txiki bat da unitate-gelaxka. Unitate-gelaxka honetatik abiatuz, gorputzen kristal-egitura deskribatu daiteke. Kristalaren atomoen antolamendua azaltzen dute eta parametro kristalografikoen bidez deskribatzen da. Parametro horiek ertzen luzerak (a, b eta c) eta hauen arteko angeluak (alfa, beta eta gamma) dira. Atomoak unitate-gelaxkaren barruan duen posizioa adierazteko posizio atomikoen multzo bat (xi,yi,zi) erabiltzen da, eta posizio hori sarearen puntu batetik dago neurtuta.

Unitate-gelaxkaren barruko atomoen posizioak, kalkulatu egin daitezke, eragiketa simetrikoen bitartez unitate asimetrikoari. Unitate asimetrikoa esaten ari garenenan, unitate-gelaxkan espazioan leku gutxien hartzen duena da. Atomoen posizioen eraldaketa simetrikoak kristal-egituraren talde espazialetatik kalkulatzen dira, eta gehienetan eragiketa hauek programa informatiko batek egiten ditu. Hala ere, unitate asimetrikoa erabiliz eskuz kalkulatu daiteke.

Norabide kristalografikoak kristal bateko nodoak (atomo, ioi edo molekulak) lotzen dituen lerro geometrikoak dira. Modu berean, plano kristalografikoak, nodoak lotzen dituen plano geometrikoak dira. Norabide eta plano batzuk, nodo dentsitate handiagoak dituzte. Dentsitate altuko plano hauek, eragina dute kristalaren portaerarekin.

• Ezaugarri optikoa: Errefrakzio indizea zuzenean erlazionatuta dago dentsitatearekin.
• Adsortzioa eta erreaktibotasuna: Adsortzio fisikoak eta erreakzio kimikoak, atomoetan, etomoetatik gertu edo molekulen gainazalean gertatzen dira. Fenomeno hauek ondorioz, nodoen dentsitate aldaketari sentikorrak dira.
• Azaleko tentsioa: Material baten kondentsazioak esan nahi du, atomo ioi edo molekulak egonkorragoak direla, antzeko espeziez inguratuta daudenean. Horren ondorioz, azaleko tentsioa aldatu egingo da azaleko dentsitatearen aldaketaren arabera.
• Plano kristalografiko dentsoak
• Mikroegiturako akatsak: Poroak eta kristalitak limite zuzenagoak izan ohi dituzte plano dentsoagoen ondorioz.
• Eskote: Ezaugarri hau, plano dentsoen paraleloki agertzen dira.

Norabide eta plano batzuk sistema kristalinoen simetriaren ondorioz definituta daude. Sistema monokliniko, erronbiko, tetragonal eta trigonal/hexagonaletan ardatz bakar bat existitzen da, beste bi ardatzak baino errotazio simetria altuagoa duena.

Kristal bat definitzen duen propietatea bere simetria inherentea da, hau da, zenabit eragiketa egiten direnean kristala ez dela aldatzen. Esaterako, kristala 180 gradu errotatzen bada ardatz jakin baten inguruan, konfigurazio atomikoa jatorrizko konfigurazioaren berdina da. Orduan, kristalak ardatz horren inguruan twofold errotazio-simetria daukala esan ohi da. Horrez gain, kristal batek beste simetria batzuk ere eduki ditzake: ispiluen simetria, translazio-simetria eta simetria konposatuak (aurrekoen konbinazioak). Kristal batean simetria hauek guztiak identifikatuz kristalaren sailkapen zehatza egin daiteke.

Kristal-sistema (simetria-mota)	Saretak
triklinikoa
monoklinikoa	sinplea		oinarrian zentratua
ortorronbikoa	sinplea	oinarrian zentratua	gorputzean zentratua	aurpegian zentratua
hexagonala
erronboedrikoa
tetragonala	sinplea		gorputzean zentratua
kubikoa	sinplea	gorputzean zentratua	aurpegian zentratua

Kristal errealek, hainbat akats eta irregulartasun dituzte, eta akats hauek erlazio zuzena dute materialen ezaugarri elektriko eta mekanikoekin. Kristal egituraren barruan, atomo batek konposatu nagusi bat ordezkatzen duenean, aldaketa bat eman daiteke materialen ezaugarri elektriko eta termikoetan.

32 kristal egitura daude.

Material bat polarra den edo ez kristal-egituraren arabera izango da. 32 kristal egituretatik, 10 bakarrik dira polarrak eta hauek piroelektrikoak direla esaten da.

Kristal egitura batzuk, nabarmenki perovskitaren egitura, izaera ferroelektrikoa dute. Kristal ferroelektrikoak ez dute polarizaziorik. Eremu elektriko baten erabileraren ondorioz, kristala iraunkorki polarizatzen da. Hala ere, nahiz eta ferroelektikok deitu, izaera hau kristalaren egituraren ondorio da ( ez metal ferroso baten presentziaren ondorioz).

1. Petrenko, V. F. y Whitworth, R. W. (1999) Physics of Ice. Oxford University Press, 392 págs. ISBN 13: 9780198518945
2. ↑ Bernal, J. D. y Fowler, R. H. (1933). «A Theory of Water and Ionic Solution, with Particular Reference to Hydrogen and Hydroxyl Ions». The Journal of Chemical Physics 1 (8): 515. doi:10.1063/1.1749327.