Dez cristais com magia, beleza… e potencial tecnológico

Com informações da BBC – 27/09/2015

[Imagem: Dirk Wiersma/BBC]

Fluorita

Esqueça os rubis, as granadas e as safiras. A fluorita é provavelmente o mineral mais colorido do mundo por causa da enorme variedade de cores brilhantes e até iridescentes que exibe.

E o mais incrível é que o cristal puro de fluorita é transparente.

A cor de um cristal é determinada pela maneira como a luz interage com suas moléculas e como elas são organizadas. Qualquer impureza que consegue penetrar na fluorita pode alterar sua aparência. Íons de manganês, por exemplo, a tornam cor de laranja.

Defeitos estruturais também têm o mesmo efeito. A cor roxa-escura que é típica da fluorita é resultado de um pequeno número de íons de fluoreto sendo permanentemente forçados para fora de suas posições pela irradiação ou pelo calor. Quando eles se movem, um elétron é deixado para trás em cada buraco. Ao incidir no cristal, a luz é absorvida e reemitida por esses elétrons, produzindo a cor que enxergamos.

A fluorita foi essencial no progresso do processo de fabricação de chips no início dos anos 2000, e hoje estão presentes em várias tecnologias de lentes ópticas.

Selenita

[Imagem: Javier Trueba/BBC]

Enterrada sob as montanhas da Serra de Naica, no Estado de Chihuahua, no norte do México, a Caverna dos Cristais abriga os maiores cristais do planeta.

Gigantescas vigas brancas de selenita – algumas medindo mais de 11 metros de comprimento e 1 metro de largura – cruzam-se na câmara subterrânea.

“Não existe outro lugar na Terra onde o reino mineral se revele com tanta beleza,” afirma o geólogo Juan Manuel García-Ruiz, da Universidade de Granada, na Espanha, especialista em cristais.

O lugar foi descoberto em 2000 por dois irmãos que escavavam túneis na mina de Naica, em busca de novas jazidas de zinco, prata e chumbo. A cavidade, que mede cerca de 10 metros por 30 metros, estava inundada com água quente. Apenas quando os mineradores começaram a bombear a água, as monumentais estruturas surgiram.

Em 2007, García-Ruiz e sua equipe descobriram como os cristais conseguiram crescer tanto. Há cerca de 26 milhões de anos, a atividade vulcânica sob a mina encheu a caverna com água quente e rica em anidrita. Esse mineral é estável em temperaturas superiores a 58°C, mas, à medida que o magma presente se resfriou, a anidrita se dissolveu na água.

Lentamente, ao longo de centenas de milhares de anos, seus componentes químicos se rearranjaram como gipsita, que pode assumir a forma de cristais. E grandes cristais alongados de gipsita são conhecidos como selenita – apesar do nome, ela nada tem a ver com o selênio, sendo um sulfato de cálcio hidratado – seu nome deriva “selene” a palavra grega para lua.

Outra caverna descoberta mais perto da superfície em Naica também contêm espetaculares colunas de selenita, ainda que menores.

Espato da Islândia

[Imagem: Natural History Museun London/BBC]

As sagas da Islândia no século 10 relatam os detalhes das aventuras dos vikings e descrevem uma misteriosa “pedra do sol”, que os navegadores escandinavos usavam para localizar o Sol no céu e se orientarem em dias nublados.

A identidade dessa pedra intrigou geólogos durante séculos. Em 2011, estudiosos franceses e canadenses levantaram a hipótese de se tratar do mineral conhecido como espato da Islândia.

Essa variedade transparente da calcita é comum nos países nórdicos, e é capaz de refratar a luz de duas formas diferentes, produzindo uma imagem dupla. Isto se deve a discrepâncias entre as forças que mantêm os átomos dos cristais unidos – elas são mais fortes em algumas direções do que em outras.

Quando a luz passa através de um cristal de calcita, ela se divide em dois feixes. A assimetria da estrutura do cristal faz com que os caminhos desses feixes adotem diferentes ângulos, resultado na imagem dupla.

Quartzo

[Imagem: Sindair Stammers/BBC]

O quartzo – óxido de silício – está na base de toda a tecnologia eletrônica atual, mas o mineral também possui “superpoderes” por causa de suas assimetrias estruturais.

Se comprimido, um cristal de quartzo gera uma leve corrente elétrica, pois a pressão na superfície força os íons internos a saírem de sua posição original. Isso desequilibra a carga total no cristal, fazendo dele uma minúscula pilha com faces de cargas opostas.

Esse fenômeno é conhecido como “efeito piezoelétrico“, e também funciona ao revés: o cristal se comprime se for submetido a uma corrente elétrica. Esse efeito está por trás do promissor campo dos nanogeradores e da colheita de energia.

Relógios de quartzo e rádios usam minúsculas lascas do cristal como osciladores para manter a hora certa ou ditar seu ritmo interno. Sempre que você ouvir falar do “clock” (relógio) de um computador ou outro circuito, saiba que há um cristal de quartzo fazendo os tiquetaques que dão a batida esse circuito.

O quartzo também foi fundamental para uma maior compreensão geral dos cristais, principalmente como seus átomos são arranjados. As fibras ópticas também nasceram a partir do quartzo.

Galena

[Imagem: Martin Land/BBC]

A galena é o mineral de chumbo mais comum no planeta, e um importante minério de chumbo e prata.

Mas essa é apenas um de seus papéis. Sua capacidade de extrair música e vozes de ondas de rádio é o que a torna verdadeiramente sedutora – talvez você já tenha ouvido falar dos rádios de galena.

Ocorre que a galena é um semicondutor, o que significa que ela conduz eletricidade sob certas circunstâncias.

Em um rádio de galena, um fino fio metálico conhecido como “bigode de gato” pousa delicadamente na superfície de um cristal de galena. Isso permite que uma corrente passe tranquilamente em uma direção, mas não na oposta, convertendo as ondas de rádio capturadas por uma antena em um sinal elétrico que é transformado em som por autofalantes.

Cristais de carbono extraterrestres

[Imagem: Tony & Daphne Hallas/BBC]

O diamante é o material mais duro encontrado naturalmente na Terra – do qual temos conhecimento, pelo menos – servindo para atividades industriais como corte, trituração, perfuração e polimento.

Mas dois novos tipos de cristais de carbono ultraduros, encontrados em 2010 em um meteorito caído na Finlândia anos antes, podem abalar a reputação do diamante.

O meteorito de Haverö se chocou com a Terra em 1971. Quando pesquisadores usaram uma pasta de diamante para polir uma de suas fatias, eles notaram algo extraordinário: pequenos bolsões de material emergiam na superfície. Ao analisá-los, descobriram se tratar de duas formas completamente novas de carbono.

Os pesquisadores também observaram que uma das substâncias era um tipo de carbono cristalino, algo “intermediário entre o grafite e o diamante”. Eles acreditam que os choques de pressão e o calor intenso provocados pela entrada do meteorito na atmosfera fundiram várias camadas de grafite, formando a nova substância.

Hoje já se estudam vários planetas de carbono e estrelas de diamante, onde condições extremas podem dar origem a minerais ainda desconhecidos por aqui.

Autunita

[Imagem: Joem Arem/BBC]

A autunita é um mineral que se poderia chamar de encantador – seus cristais em forma de tablete parecem escamas amarelo-esverdeadas.

O mais impressionante, ele é fluorescente, embora sua composição de urânio o torne radioativo.

Quando uma luz ultravioleta incide em um cristal de autunita, ela transmite energia para elétrons dentro dos átomos de urânio. Cada partícula excitada momentaneamente salta para fora do núcleo do átomo e depois volta para ele.

É nesse momento que os elétrons liberam flashes de luz visível. E o efeito coletivo faz a autunita ter um aspecto geral de emitir um verde brilhante.

Açúcar

[Imagem: Ted Kinsman/BBC]

Quer ver um cristal brilhar, mas não tem um museu de mineralogia na vizinhança? Isso não é um problema. Basta recolher alguns cubos de açúcar, ir para um quarto totalmente escuro e usar o fundo de um copo para esmagá-lo. É muito provável que você observe um pálido brilho azul emanando dos cristais.

Isso se chama triboluminescência e foi notado pela primeira vez pelo sábio Francis Bacon, no século 17. Mas até hoje ainda é um mistério para os cientistas entender como o açúcar é capaz de tal fenômeno.

Algumas teorias defendem que, quando seus cristais são fraturados ou esmagados, sua estrutura assimétrica incentiva a formação de minúsculos campos piezoelétricos. Isso separa as cargas positivas e negativas dentro do cristal e, quando elas se recombinam, geram uma faísca. As moléculas de nitrogênio retidas dentro dos cristais então absorvem essa energia e brilham, como acontece durante uma tempestade.

Cristais fotônicos

[Imagem: James King-Holmes/BBC]

Cristais fotônicos são minúsculas estruturas repetidas, cada uma com cerca de um bilionésimo de metro de comprimento, que controlam e manipulam o fluxo da luz.

Dependendo dos ângulos de suas faces, esses cristais só deixam passar certos comprimentos de onda de luz – certas cores -, enquanto bloqueiam todos os outros.

Mas os comprimentos de onda próximos daqueles rejeitados se espalham e interferem uns com os outros. Isso cria cores vívidas e uma iridescência impressionante – até mesmo em insetos como borboletas e besouros – esses são os cristais biofotônicos.

É possível fabricar cristais fotônicos simples a partir de polímeros sintéticos, que já são usados para criar materiais como a cobertura refletiva de óculos de sol, por exemplo.

Ao replicar estruturas fotônicas mais complexas, como as dos insetos, pode ser possível melhorar tecnologias como as das fibras ópticas e células solares. Muitas pesquisas nessa área já estão trazendo novidades, entre as quaismemórias RAM de luz e processadores de computador fotônicos.

Cristais de gelo vulcânico

[Imagem: Chadden Hunter/BBC]

O Morte Eerebus, na Antártida, é o vulcão ativo localizado no ponto mais ao sul do planeta. Seu cume é pontilhado por uma rede de cavernas de gelo que abrigam frágeis formações de gelo que não existem em nenhum outro lugar da Terra.

O labirinto foi esculpido na camada de neve por gases quentes vindos do vulcão, que se infiltram através das rachaduras e fissuras da rocha subjacente.

Dentro das cavernas, o ar quente e úmido do vulcão atinge as paredes geladas, congelando-se e adquirindo formas complexas e com aspecto de penas, guiadas pelas correntes de ar.