Cristalización
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Desde el punto de vista microscópico, un solo cristal tiene átomos en una disposición periódica casi perfecta; un policristal está compuesto por muchos cristales microscópicos (llamados «cristalitos» o «granos»); y un sólido amorfo (como el vidrio) no tiene ninguna disposición periódica ni siquiera microscópica.
Un cristal o sólido cristalino es un material sólido cuyos constituyentes (como átomos, moléculas o iones) están dispuestos en una estructura microscópica altamente ordenada, formando una red cristalina que se extiende en todas las direcciones[1][2] Además, los cristales individuales macroscópicos suelen ser identificables por su forma geométrica, que consiste en caras planas con orientaciones específicas y características. El estudio científico de los cristales y su formación se conoce como cristalografía. El proceso de formación de cristales a través de mecanismos de crecimiento de cristales se denomina cristalización o solidificación.
Oscilador de cristal
A pesar de estar compuestos por cristales individuales separados, los mesocristales se unen para formar una estructura fusionada más grande que se comporta como un cristal único y puro. Sin embargo, estos procesos ocurren a escalas demasiado pequeñas para que el ojo humano pueda verlos y su creación es extremadamente difícil de observar.
En lugar de que los cristales individuales se nucleen, el paso que inicia la formación de cristales, y luego se agreguen aleatoriamente en mesocristales en dos pasos no relacionados, los investigadores observaron que la nucleación y la unión estaban estrechamente acopladas en la formación de estas estructuras altamente uniformes. Los investigadores informaron de su trabajo en la edición del 18 de febrero de 2021 de Nature.
El proyecto tardó años en ejecutarse y requirió una importante resolución de problemas. Para los experimentos de microscopía, el equipo científico eligió un sistema modelo que incluía hematita, un compuesto de hierro que se encuentra habitualmente en la corteza terrestre, y oxalato, un compuesto que abunda de forma natural en el suelo.
Los investigadores suelen realizar la mayoría de los experimentos de TEM in situ a temperatura ambiente para simplificar el montaje experimental y minimizar la posibilidad de dañar el sensible instrumento, pero la formación de mesocristales lo suficientemente rápida como para observarla se produce a unos 80 °C.
Estructura de los cristales
¿Cómo se forman los cristales? Los cristales se forman en la naturaleza cuando las moléculas se juntan para estabilizarse cuando el líquido empieza a enfriarse y endurecerse. Este proceso se llama cristalización y puede ocurrir cuando el magma se endurece o también cuando el agua se evapora de una mezcla natural. Muchos cristales empiezan siendo pequeños, pero a medida que se unen más átomos y crean un patrón uniforme y repetitivo, el cristal crece. Así es como se forman los cristales en la naturaleza.
Brillantes, resplandecientes, suaves y sedosos, o duros como el pedernal: los cristales tienen mil formas y colores, y cada uno aporta su propio estado de ánimo y elementos mágicos. Durante millones de años, los cristales han surgido de la tierra y la conexión con estas gemas es una hermosa manera de mostrar nuestro apoyo y amor por la madre naturaleza y de dar la bienvenida a la curación y a las vibraciones superiores en nuestras vidas.
Después de pasar años enamorados de la caleidoscópica existencia de los cristales, quisimos echar un vistazo más de cerca a la dulce ciencia que hay detrás de su formación. Para nosotros, los cristales son una danza sublime entre el arte y la ciencia, la realidad y el sueño raro, y es esencial entender estos magníficos y antiguos regalos de la tierra para que podamos respetar y deleitarnos con el viaje que estas gemas han hecho para sentarse en nuestra muñeca o en nuestras manos o para ocupar cualquier espacio que les hagamos. Nos adentramos en la ciencia que hay detrás de la formación de los cristales y en todos los detalles que intervienen en la creación de estas sublimes piedras.
Experimento de formación de cristales
ResumenLa nucleación heterogénea inducida por el sustrato es una forma prometedora de formar un monocristal extendido con pocos defectos y controlar su dirección. Sin embargo, a pesar de su importancia tecnológica, la física que subyace a este proceso ha permanecido esquiva. Estudiando la vía cinética de la nucleación y el crecimiento de los cristales a nivel de una sola partícula, tanto experimental como numéricamente, revelamos que las claves para la formación de monocristales monomórficos inducidos por el sustrato son la coincidencia de la simetría angular entre las estructuras localmente favorecidas formadas en un líquido sobreenfriado y el cristal más estable y el acoplamiento no trivial de las primeras con la estratificación inducida por el sustrato en el líquido. Estas dos condiciones son cruciales para la formación directa del cristal más estable, manteniendo su dirección única con respecto al sustrato. También analizamos las características especiales de los sistemas cargados. Nuestro hallazgo indica que el preordenamiento en un estado líquido superenfriado bajo la influencia de un sustrato domina en gran medida el curso de la futura cristalización, proporcionando nuevos conocimientos sobre el control de la cristalización heterogénea.
