¿Cómo Se Hacen Los Cristales?

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Los cristales se pueden hacer en una lata de pastel de mostrador, en un laboratorio de alta tecnología o en una fisura profunda en la tierra. Aprenda más sobre cómo se hacen los cristales en WordsSideKick.com.

Desde el diamante Hope hasta los trocitos brillantes del café Folgers, los cristales siempre han tenido el poder de fascinar, inspirar a los adivinos y adornar las coronas de los emperadores a lo largo de la historia. Pero los cristales no son solo un montón de facetas bonitas, sino que brillan con propiedades útiles. Prestan fuerza a los metales trabajados, hacen funcionar nuestros relojes e impulsan las pantallas digitales y las bombillas fluorescentes de la vida moderna.

Ah, y condimentan nuestra comida y también refrescan nuestras bebidas.

Sí, la sal, el azúcar y el hielo también son cristales, al igual que las gemas, los metales, las pinturas fluorescentes y los cristales líquidos que mencionamos. Eso es parte de su encanto; Los cristales se pueden hacer de casi cualquier cosa. De hecho, la mayoría de los minerales se encuentran naturalmente en forma cristalina [fuente: Smithsonian].

Una pista a esta ubicuidad se puede encontrar en nuestro discurso cotidiano. Cuando decimos que los pensamientos de alguien de repente "cristalizan" en torno a una solución, todos tenemos claro lo que eso significa: que una maraña de posibilidades arremolinadas se resolvió en algo quieto y ordenado. Conscientemente o no, entendemos que la calidad esencial de un cristal es el orden, específicamente, una disposición regular y periódica de átomos [fuente: UCSB].

Los cristales pueden crecer en una lata de pastel de mostrador, en un laboratorio de alta tecnología o en una fisura profunda en la Tierra. La receta es engañosamente simple: tome una nube de gas, una mezcla de solución o un montón de roca derretida, rellénela con el mineral o compuesto correcto, luego hornee en una olla a presión entre la temperatura ambiente y el calor de la lava fundida. Pero ejecutar esa receta puede requerir el arte de un chef y el control meticuloso de un maestro panadero, o, en el caso de los cristales naturales, la mala suerte y un montón de tiempo [fuentes: Caza; Ella a; Smithsonian].

En igualdad de condiciones, los tiempos de crecimiento más largos producen cristales más grandes con menos contaminantes [fuentes: CU Boulder; UCSB]. No es que siempre quieras perder las impurezas: después de todo, los intrusos como el cromo, el hierro y el titanio, junto con los aspectos de la disposición atómica, dan a las gemas sus colores característicos [fuentes: Encyclopaedia Britannica; Kay Smithsonian].

Por supuesto, los cristales, como cualquier otra cosa, necesitan espacio para crecer. Atrapalos en cuartos estrechos y se quedan pequeños; Atasca varios minerales cristalinos en un espacio pequeño como los viajeros del metro japonés, y terminas con conglomerados de cristal. El granito, la roca favorita de las lápidas y encimeras de todo el mundo, es un conglomerado de cristales de cuarzo, feldespato y mica, que crecen a medida que el magma se enfría en pequeñas fisuras volcánicas [fuente: Smithsonian].

Así que ahí lo tienen: cómo cultivar un cristal.

Ahora... ¿qué era un cristal otra vez, exactamente?

¿Qué son los cristales?

La industria tiene todo tipo de usos para estos nuevos cristales de sal de cobre apodado vitriolo azul.

La industria tiene todo tipo de usos para estos nuevos cristales de sal de cobre apodado vitriolo azul.

En física, el término "cristal" describe una sustancia sólida con simetría interna y un patrón de superficie regular relacionado. Esta configuración, llamada estructura cristalina, se repite tan regularmente que puede usarlo para predecir la organización de los átomos en todo el cristal [fuentes: Encyclopaedia Britannica; Isaacs et al.].

Si esta disposición continúa más allá de unos pocos átomos vecinos, se llama orden de largo alcance, similar a una banda de medio tiempo que marcha en formación. Los cristales líquidos, como los que se encuentran en los monitores LCD, generalmente caen en orden de corto alcance (Imagine la perforación de la banda de marcha en subunidades más pequeñas). Los cristales sólidos pueden asumir cualquier patrón. He aquí cómo: a medida que las sustancias cristalinas se funden, se vuelven amorfo, lo que significa que muestran sólo orden de corto alcance. A medida que se enfrían, pueden volver a caer en una formación de rabia prolongada o permanecer amorfos, como el vidrio a base de silicio [fuentes: Arfken et al.; Enciclopedia Británica; Isaacs et al.].

En el papel de los miembros de nuestra banda están los iones (átomos con carga positiva o negativa) unidos por enlaces iónicos o covalentes. Estas uniones se empaquetan en varias formas compactas y estables llamadas poliedros de coordinación [fuentes: Banfield; Holandés].

Para visualizar mejor estos poliedros de coordinación, olvídate de la banda de música y en su lugar imagina un mosaico geométrico como los que se encuentran en la Alhambra. Ahora visualice ese mosaico en tres dimensiones, de modo que sus teselas (azulejos) estén formadas por cubos, pirámides y sólidos en forma de diamante, cada uno de los cuales describe la disposición de los átomos en un tipo determinado de cristal.

En un cristal de sílice, un pequeño ion central de silicio podría estar rodeado por cuatro iones más grandes de oxígeno, formando una pirámide triangular o tetraedro. En el óxido de manganeso (II), un pequeño ion central de manganeso se encuentra dentro de seis iones de oxígeno más grandes: uno arriba, uno abajo y cuatro en un cuadrado alrededor del medio, formando un diamante tridimensional, o octaedro [fuentes: Banfield; Holandés; Purdue].

Estos mosaicos en 3D pueden agruparse en varios patrones diferentes, o celosías, compartiendo enlaces atómicos en sus esquinas, a lo largo de sus bordes o a lo largo de sus caras. Los mismos elementos pueden asumir diferentes arreglos, tanto en términos de sus "formas de mosaico" (poliedros de coordinación) como de sus patrones de mosaico (celosías). Estas variaciones se llaman polimorfos, y juegan un papel clave en la determinación de las propiedades de un cristal. Toma carbono: dispuesta tetraédricamente, forma famosos diamantes duros y claros; dispuestas en un panal de capas, forman un grafito gris suave [fuentes: holandés; Purdue; UCSB].

La cristalización no siempre produce cristales individuales.A veces, el proceso de auto-ordenación comienza en varios sitios que crecen juntos, formando un mosaico de celosías alineadas en diferentes direcciones. Estas policristales, que a menudo se desarrollan durante el enfriamiento rápido, tienden a ser más fuertes que los cristales individuales [fuentes: Encyclopaedia Britannica; Enciclopedia Británica; Universidad de Virginia]. Cuando se calientan, los cristales más grandes pueden absorber los más pequeños. Por lo tanto, la temperatura y la presión, el estrés y la tensión pueden influir en las características de los cristales, ya sea en su transformación o en su creación.

Haciendo un hábito de ello

Los cristales son poliedros regulares: versiones tridimensionales de polígonos regulares (los cuadrados se convierten en cubos, los triángulos equiláteros se convierten en pirámides triangulares). Sin embargo, las condiciones de crecimiento pueden causar su apariencia externa, o hábito de cristal, para variar dramáticamente, produciendo formas descritas por expertos con términos tales como prismático, acicular (en forma de aguja), fibroso, equant (igual en todas las direcciones), tabular, platy (similar a una placa), alargado, similar a una barra, similar a una vta, similar a una aguja, irregular y así sucesivamente [fuentes: Enciclopedia Británica; Enciclopedia Británica; Isaacs et al.].

Cristal azul persuasion

Tal vez el único tipo de cristal que has intentado atrapar en tu lengua?

Tal vez el único tipo de cristal que has intentado atrapar en tu lengua?

Si toda esta conversación sobre los cristales te hace querer crecer, estás de suerte, o no, dependiendo de lo que quieras cultivar. ¿Sal o azúcar? Por supuesto. Diamantes artificiales? Pronto verás por qué incluso el villano de Bond, Blofeld, decidió que era más simple contrabandearlos.

Puedes hacer crecer cristales de una de las tres formas principales: desde un vapor, desde una solución o desde una masa fundida. Veamos cada método uno por uno, comenzando con deposición de vapor.

El hecho de que los cristales puedan crecer a partir de un vapor no debería sorprender. Después de todo, los cristales de hielo atmosféricos, los llamamos nubes y copos de nieve, lo hacen todo el tiempo. Se acumulan porque el ambiente se vuelve. sobresaturado con humedad: contiene más agua de la que puede contener a una temperatura y presión determinadas, por lo que el exceso de agua abandona el estado gaseoso y se agrega al hielo cristalino [fuentes: Enciclopedia Británica; Libbrecht].

Otros tipos de cristales, como el silicio, pueden crecer a partir de gases supersaturados con elementos clave, pero pueden necesitar un poco de reactivo químicamente reactivo para hacerlo [fuentes: Encyclopaedia Britannica; McKenna].

En la mayoría de los casos, el proceso comienza con un pequeño cristal semilla al que se adhieren otras moléculas, capa por capa, a medida que salen de la suspensión, en gran medida en la forma en que los cristales de yoduro de plata ayudan a la "siembra de nubes" al proporcionar sitios de nucleación para los cristales de hielo.. El proceso requiere una gran paciencia, pero produce cristales sorprendentemente puros [fuentes: Encyclopaedia Britannica; McKenna].

Crecimiento desde la solución comparte mucho en común con el crecimiento de vapor, pero el líquido reemplaza al gas como medio sobresaturado. Los cristales de sal y azúcar creados como proyectos científicos son buenos ejemplos de cristales cultivados en solución. El enfoque de soluto supera la deposición de gas en términos de velocidad de crecimiento y tamaño de cristal. Aquí se explica por qué: en un estado gaseoso, la sustancia vaporizada gira en un valioso vienés mareado entre otras moléculas de gas, y puede llevar un tiempo a los bailarines individuales abandonar el piso y unirse a la camarilla cristalina. Una solución actúa más como un baile lento de escuela secundaria, completo con flores de pared cristalizadas que cuelgan cerca de la superficie, promoviendo un crecimiento más rápido. Su facilidad de uso explica por qué el enfoque de la solución dominó el crecimiento de los cristales sintéticos durante muchos años [fuentes: Encyclopaedia Britannica; Zaitseva et al.].

El tercer método, crecimiento de la masa fundida, requiere primero enfriar un gas a un estado líquido y luego enfriar el líquido hasta que alcance una solidez cristalina. El método de fusión se destaca en la fabricación de policristales, pero también puede hacer crecer cristales individuales utilizando técnicas como la extracción de cristales, el método de Bridgman y la epitaxia. Echemos un vistazo más de cerca a cada uno en la siguiente sección [fuente: Encyclopaedia Britannica].

Oscilar violentamente

Los cristales cuentan con una gama de cualidades útiles, especialmente en electrónica de consumo, donde pueden actuar como aislantes o semiconductores. los propiedad piezoeléctrica, en el que un cristal adquiere una carga eléctrica cuando se aprieta o se golpea, hace que los cristales sean útiles en todo, desde los altavoces de la sala de estar hasta los escáneres de ultrasonido. Los cristales piezoeléctricos también vibran bajo una carga eléctrica. Esta propiedad de oscilación consistente permite que los relojes de cuarzo y los relojes mantengan un tiempo confiable [fuentes: Encyclopaedia Britannica; Instituto Piezo; Smithsonian].

Me derretiré contigo

Alrededor de 1975: Charles Young, técnico de laboratorio, observa los cristales de zafiro que crecen en un cultivador de cristal en la planta Corning Glass Canada Road. Los cristales fueron utilizados en lámparas de vapor de sodio.

Alrededor de 1975: Charles Young, técnico de laboratorio, observa los cristales de zafiro que crecen en un cultivador de cristal en la planta Corning Glass Canada Road. Los cristales fueron utilizados en lámparas de vapor de sodio.

Históricamente, el crecimiento de cristales a partir de fusión era tanto arte como ciencia. Hoy en día, conlleva cualquiera de una serie de técnicas de alta tecnología que controlan meticulosamente las condiciones de crecimiento, a veces a escala molecular.

En tirando de cristalUna máquina baja un cristal semilla hasta que solo besa un globo de masa fundida, luego, gradualmente, mueve la semilla creciente hacia arriba, sincronizando su movimiento para que coincida con la tasa de crecimiento del cristal. Cambiar la velocidad de movimiento altera el diámetro del cristal. Los fabricantes cultivan los cristales de silicio de gran diámetro que se encuentran en los chips de computadora de esta manera, lo que parece apropiado, ya que las computadoras también controlan el proceso de extracción. Piénsalo como el círculo de silicona de la vida.

Bajo la Método bridgmanLos fabricantes toman un crisol (un recipiente especializado utilizado para calentar sustancias) con un extremo inferior cónico, lo llenan con material fundido y luego lo bajan a una región más fría.El crecimiento de cristales comienza en la punta del crisol enfriado, luego se abre camino a medida que el crisol continúa hacia abajo. Gracias a este enfoque de ir y venir, el área de formación de cristales permanece dentro de una zona de temperatura favorable al crecimiento hasta que, finalmente, los contenidos del crisol forman un solo cristal [fuentes: Enciclopedia Británica; Chen et al.; Yu y Cardona].

Epitaxia (del griego epi "sobre" + Taxis "arreglo") nos recuerda que a veces la mejor manera de cultivar un cristal es sobre otro cristal. Sin embargo, no cualquier cristal servirá. Primero, la base, o sustrato, debe ser bastante plana, incluso en la escala atómica. Segundo, debido a que la estructura del sustrato influye fuertemente en la disposición atómica del cristal de crecimiento, debe coincidir lo más posible con la red de crecimiento deseada [fuentes: Encyclopaedia Britannica; Fang et al.; Diccionarios de Oxford; Yu y Cardona]. Imagina un estante lleno de bolas de billar y luego imagina apilar más bolas encima de él. Puedes mover las nuevas bolas alrededor, pero siempre terminan sentadas en los huecos entre las bolas debajo.

Epitaxy es un término amplio que abarca una gama de técnicas [fuentes: Encyclopaedia Britannica; Yu y Cardona]:

  • Epitaxia del haz molecular (MBE), por ejemplo, crece cristales capa por capa utilizando haces de moléculas.
  • Los fabricantes de diamantes sintéticos confían en deposición química de vapor (CVD), un enfoque más rápido que intercambia el haz a favor de un gas que fluye.
  • Cristales programados para la electrónica confían en epitaxia en fase líquida (LPE), en el que un cristal crece sobre un sustrato situado dentro de una solución saturada.

OK, ya basta de hablar de electrónica de consumo. Todos sabemos que no significa nada si no tienes ese brillo.

Fingiéndolo: Rubíes y Zafiros.

Los diamantes industriales están lejos de ser las únicas piedras fugazi en el mercado. Los rubíes sintéticos han existido desde que el científico francés Marc Gaudin, quien ayudó a desarrollar la fotografía en placa seca, descubrió cómo cultivarlos en 1873. Siguieron siendo bastante fáciles de detectar hasta alrededor de 1950, cuando los científicos utilizaron el tratamiento térmico para eliminar el Patrones de crecimiento microscópicamente curvados que revelan la piedra como crecida, no sembrada [fuentes: Encyclopaedia Britannica; Kay].

Los relojes de pulsera de alta gama a veces cubren sus caras con zafiros sintéticos resistentes a los arañazos, pero frágiles [fuente: BlueDial].

Cristales famosos que he conocido

Crystal Gayle, Crystal Bernard, Crystal the Monkey - no, no queremos decir nada de eso. Cuando hablamos de cristales famosos, nos referimos, por supuesto, al bling. Hielo. Rocas Bengalas de puño.

Joyas.

Las piedras preciosas son cristales con algo extra. Llámalo dinamismo. Aunque tendemos a pensar en ellas como rocas individuales, muchas piedras preciosas surgen de los mismos minerales. Las únicas diferencias entre ellos son las idiosincrasias estructurales y las impurezas minerales que las imbuyen con sus colores característicos.

Los rubíes y los zafiros son ambos tipos de corindón (óxido de aluminio cristalino o alúmina), pero mientras que los rojos exquisitos de Ruby se derivan de pequeñas cantidades de cromo que reemplazan parcialmente al aluminio en la estructura cristalina, los azules brillantes del zafiro provienen del hierro y el titanio [fuentes: enciclopedia Britannica; Kay].

La amatista y la citrina son versiones diferentes del cuarzo (dióxido de silicio cristalino, también conocido como sílice), que es naturalmente incoloro. Los antiguos griegos pensaban que el cuarzo era hielo que se había congelado tanto que no se derretía, así que lo llamaron krystallos ("hielo"), lo que nos da la palabra cristal. La citrina amarillenta surge de la amatista sobrecalentada, pero los expertos difieren en lo que precisamente da a la amatista su característico pop púrpura. Algunos dicen que es óxido de hierro, mientras que otros prefieren manganeso o hidrocarburos [fuentes: Banfield; Enciclopedia Británica; Enciclopedia británica].

La familia de minerales ricos en sílice, o silicatos, incluye turmalina, valorada como una piedra preciosa y por sus propiedades piezoeléctricas, y berilo, una familia de gemas que incluye aguamarina (azul pálido-verde), esmeralda (verde intenso), heliodor (amarillo dorado). ) y morganita (rosa). El cristal más grande jamás encontrado fue un berilo de Malakialina, Madagascar. Medía 59 pies (18 metros) de largo y 11 pies (3,5 metros) de ancho, y pesaba unas pesadas 400 toneladas (380,000 kilogramos) [fuentes: Banfield; Enciclopedia Británica; Enciclopedia británica].

Los silicatos son solo una de varias familias de cristales elementales. Los óxidos (incluido el corindón mencionado anteriormente) contienen oxígeno como un ion cargado negativamente; fosfatos paquete de fósforo; boratos estallan con boro (B); Los sulfuros y sulfatos se vierten con azufre; y los haluros retienen el cloro y otros elementos del grupo VIIA en la tabla periódica [fuente: Banfield].

La familia del carbonato contiene cristales ricos en carbono y oxígeno. Los joyeros lo saben mejor para el aragonito, una variedad de carbonato de calcio que las ostras usan para construir perlas. La aragonita puede formarse a partir de procesos geológicos o biológicos [fuentes: Banfield; Enciclopedia británica].

Por último, pero no por último, en lo profundo del estado mexicano de Chihuahua se encuentra una caverna de piedra caliza apodada Cueva de los Cristales, o Cueva de Cristales, atravesada por suaves cristales transparentes de selenio (un tipo de yeso transparente) tan grande (en el estadio de béisbol de 30 pies o 9 metros) empequeñecen a los espeleólogos humanos [fuente: Shea].

Entonces, ¿cuál es el cristal más grande del mundo? Podría estar en el mundo - literalmente. Según algunos científicos, el núcleo interno del tamaño de la luna de la Tierra podría ser un cristal de hierro gigante [fuente: Amplio].

Estás mirando un poco púrpura en la cara

La reputación de los cristales como remedios populares se remonta mucho más allá del movimiento de la Nueva Era.Amatista, por ejemplo, obtiene su apodo de las palabras griegas que significan "no intoxicado". Los antiguos griegos creían que los amuletos y los recipientes de bebida hechos de la piedra preciosa los protegería de volverse embriagados. Nos estremecemos al pensar lo que utilizaron como un remedio para la resaca.

Nota del autor: ¿Cómo se hacen los cristales?

Los sistemas autoorganizados, desde las ecologías hasta (según dicen algunos) el universo mismo, son a su manera tan increíbles como los caóticos. De hecho, algunos han llamado a la autoorganización "anti-caos" porque, si bien el caos es muy sensible a las condiciones iniciales, los sistemas autoorganizados comienzan con una multiplicidad de condiciones iniciales y terminan en prácticamente el mismo estado final.

Organización y multiplicidad son de lo que se tratan los cristales. Se definen por orden, pero no por orden de una sola clase. Las multiplicidades, de morfologías, de celosías, de poliedros, a veces incluso de cristales, son la razón por la que la misma pila de átomos nos puede dar diamantes o lápiz. Hay algo sublime en eso.


Suplemento De Vídeo: COMO se HACE el VIDRIO con arena ✅.




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