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La cristalografía es una rama de la química y la física que se enfoca en el estudio de la estructura y las propiedades de los cristales. Es una herramienta valiosa para la investigación científica en campos como la biología, la química, la física, la geología y la ingeniería, ya que proporciona información importante sobre las estructuras moleculares y la disposición de los átomos en materiales sólidos.
En este artículo, descubriremos qué es la cristalografía, cómo funciona y por qué es importante en la investigación científica.
Es la ciencia que se enfoca en el estudio de los cristales y su estructura. Un cristal es una estructura sólida que tiene una disposición ordenada de átomos, moléculas o iones. Los cristales tienen propiedades únicas que los hacen importantes en la ciencia y la tecnología.
Los cristales se pueden encontrar en la naturaleza, como la sal de mesa o el cuarzo, o se pueden producir en el laboratorio, como los cristales de proteínas para su estudio en la biología estructural.
Estos son importantes en la ciencia y la tecnología porque tienen una estructura ordenada y periódica, lo que los hace útiles en la fabricación de dispositivos electrónicos, materiales para la construcción y en la investigación científica.
La cristalografía se basa en el uso de técnicas de análisis de rayos X, que permiten a los científicos determinar la estructura tridimensional de los cristales. Las técnicas de esta también incluyen la microscopía electrónica, la difracción de neutrones y la espectroscopía Raman.
También se utiliza para el estudio de los polímeros, los minerales, las aleaciones y otros materiales sólidos. De hecho, es vital para determinar la estructura de los materiales en los que los átomos están dispuestos en un patrón repetitivo. La estructura de los materiales sólidos determina sus propiedades, lo que permite a los científicos diseñar materiales con propiedades específicas.
A continuación, hablaremos de los diferentes sistemas cristalinos y sus características.
Sistema cristalino cúbico
Es aquel en el que los ejes x, y y z son iguales en longitud y forman ángulos de 90 grados entre sí. Este presenta la mayor simetría posible y tiene un total de tres tipos de redes cristalinas: la cúbica simple, la cúbica centrada en el cuerpo y la cúbica centrada en las caras.
Puede tener átomos en las esquinas de un cubo. En este caso, cada átomo está rodeado por ocho átomos vecinos, que se encuentran a la misma distancia en todas las direcciones.
Es conocido por tener un átomo en el centro de la celda unitaria, además de los que están en las esquinas. En este caso, cada uno está rodeado por ocho átomos vecinos en las esquinas y seis adicionales en las caras del cubo.
Sistema cristalino tetragonal
Es aquel en el que los ejes x, y y z son iguales en longitud y dos de ellos (x y y) forman ángulos de 90 grados, mientras que el tercero (z) forma un ángulo diferente. Tiene una sola red cristalina, conocida como tetragonal.
Tiene átomos en las esquinas de un prisma recto de base cuadrada. En este caso, cada átomo está rodeado por ocho átomos vecinos, que se encuentran a la misma distancia en dos direcciones (x y y) y a una distancia diferente en la dirección z.
Ortorrómbico
El sistema cristalino ortorrómbico es aquel en el que los ejes x, y y z son de diferente longitud y forman ángulos de 90 grados entre sí. Se ha descubierto que tiene dos redes cristalinas diferentes: la base centrada en el cuerpo y la base centrada en las caras.
La red cristalina base centrada en el cuerpo se caracteriza por tener un átomo en el centro de la celda unitaria, además de los átomos en las esquinas. En este caso, cada átomo está rodeado por ocho átomos vecinos en las esquinas y cuatro adicionales en las caras de la celda.
Puedes reconocerlo gracias a que cuenta con un átomo en el centro de cada cara de la celda unitaria, además de los de las esquinas. En este caso, cada átomo está rodeado por cuatro átomos vecinos en las caras y dos adicionales en las aristas.
Sistema cristalino romboédrico
Es aquel en el que los ejes x, y y z son de igual longitud y forman ángulos iguales, pero no son de 90 grados entre sí. Posee una sola red cristalina, conocida como romboédrica.
Este se reconoce muy fácilmente por tener átomos en las esquinas de un romboedro. En este caso, cada átomo está rodeado por seis átomos vecinos a la misma distancia en todas las direcciones.
Sistema cristalino hexagonal
El sistema cristalino hexagonal es aquel en el que los ejes x e y son de igual longitud y forman ángulos de 60 grados entre sí, mientras que el eje z es perpendicular a ellos y es de diferente longitud. Lleva una sola red cristalina, conocida como hexagonal.
Se caracteriza por tener átomos en las esquinas de un prisma hexagonal. En este caso, cada átomo está rodeado por doce átomos vecinos a la misma distancia en dos direcciones (x e y) y por seis átomos vecinos adicionales en las caras del prisma.
Esta rama de la ciencia tiene una larga historia que se remonta a la antigüedad. Los antiguos griegos y romanos conocían la existencia de esto gracias al estudio de cristales y los utilizaban para hacer joyas y otros objetos decorativos.
Sin embargo, no fue hasta el siglo XIX cuando se convirtió en una ciencia formal.
En 1669, el físico danés Nicolas Steno estableció la ley de la constancia de los ángulos interfaciales, que establece que los ángulos entre las caras de un cristal son siempre iguales para un tipo de cristal dado.
En el siglo XIX, el científico francés Auguste Bravais desarrolló la teoría de los retículos cristalinos, que establece que los átomos en un cristal se organizan en patrones repetitivos que se pueden describir mediante retículos. La teoría de los retículos cristalinos es una parte fundamental en la era moderna.
El proceso se basa en la difracción de rayos X. Cuando se dirigen a un cristal, los átomos en él dispersan los rayos X en diferentes direcciones. Los rayos X que salen del cristal se difractan en diferentes ángulos y crean un patrón de difracción en un detector.
El patrón de difracción contiene información sobre la estructura tridimensional del cristal. Los científicos pueden analizarlo para determinar la disposición de los átomos.
Para obtener un patrón de difracción preciso, el cristal debe ser de alta calidad y tener una estructura periódica y ordenada. Los cristalinos se pueden cultivar en el laboratorio mediante técnicas de cristalización, que implican la disolución de los componentes en un disolvente y el crecimiento a partir de la solución.
La realidad es que puede ser un proceso difícil y puede llevar mucho tiempo para producir cristalinos de alta calidad. Los científicos también pueden utilizar técnicas de ingeniería para producir proteínas modificadas que tienen una mayor tendencia a cristalizarse.
Se considera una herramienta valiosa en la investigación científica porque permite a los científicos estudiar la estructura tridimensional de los átomos y las moléculas en los materiales sólidos.
La estructura tridimensional de un material sólido determina sus propiedades, como su conductividad eléctrica o su dureza, por lo que se considera esencial para entender cómo funcionan los materiales y cómo se pueden utilizar en diferentes aplicaciones.
Además, se utiliza en una variedad de campos de investigación, como la química, la física, la biología y la geología.
Cristina Polo Calvo
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