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16 de set. de 2013
3 de abr. de 2013
24 de jan. de 2013
Cristais
“Crystallos” foi o nome que os gregos deram ao quartzo, e significa “gelo claro”.
Desde 1611, Kepler pensou que as formas prismáticas de faces planas
dos cristais deviam-se a uma estrutura interna periódica.
Posteriormente, em 1644, Hooke especulou que dentro dos cristais
existiam partículas esféricas empacotadas.
Vários franceses contribuíram para o esclarecimento da estrutura dos
cristais, mas o trabalho de Bravais foi o mais importante. A ele se deve
a sistematização das diversas estruturas cristalinas possíveis.
Não foi possível confirmar as suposições de Bravais até o
início do século XX, quando Von Laue descobriu que os raios-X, passando
por um cristal, revelavam uma interferência que permitia conhecer
a estrutura interna da rede de partículas. A mesma técnica de difração
de raios-X permitiu conhecer em 1953 a estrutura helicoidal do DNA.
Cristais líquidos
Certas substâncias cujas propriedades encontram-se entre as dos
sólidos e as dos líquidos são chamadas de cristais líquidos. Podem
fluir, mas as moléculas estão ordenadas segundo uma orientação espacial
bem definida.
O efeito da temperatura sobre um cristal líquido é de desorientar as
moléculas acabando por transformá-lo em um líquido comum. Todavia, antes
que isso aconteça, podem surgir transformações de ordem acompanhadas de
mudanças de cor e de outras propriedades ópticas.
Essa característica tem sido utilizada na fabricação de termômetros
caseiros para a medição da temperatura de bebês, os quais são colocados
na fronte do bebê e neles surgem os números indicativos da temperatura.
Um campo elétrico ou magnético afeta a estrutura e a cor do
cristal líquido. Essa propriedade foi aproveitada para fabricar
mostradores de relógios, calculadoras e telas de vídeo.
Cristais e vidros de silício II
Os cristais puros de silício têm a propriedade de serem semicondutores, isto é, não são tão bons condutores de eletricidade quanto os metais, porém são melhores que os isolantes. Quando se introduz uma pequena quantidade de arsênico ou de gálio em um cristal de silício, pode-se melhorar de maneira controlada a sua capacidade para conduzir a corrente elétrica.
O dispositivo resultante é o chamado transistor, um elemento capaz de amplificar e controlar pequenas quantidades de corrente elétrica em uma só direção.
Também é utilizado em retificadores e em outros elementos dos circuitos integrados, cuja importância já é vastamente conhecida.
Muito tempo atrás era um sonho pensar que a comunicação humana pudesse acontecer na velocidade da luz.
Hoje isso é possível graças às fibras ópticas, que são cabos de SiO2 de altíssima pureza.
Um dos problemas tecnológicos foi a eliminação de todas as impurezas, particularmente os íons Cu2+ e Fe2+ na fabricação de fibras ópticas. A solução foi a destilação do vidro!
Um dos problemas tecnológicos foi a eliminação de todas as impurezas, particularmente os íons Cu2+ e Fe2+ na fabricação de fibras ópticas. A solução foi a destilação do vidro!
9 de mai. de 2012
O Nobel da Química e a Cristalografia
O prêmio
Nobel da Química, atribuído a Daniel Shechtman pela sua descoberta dos
quase-cristais, vem juntar-se à já longa lista de prémios Nobel atribuídos a
descobertas relacionadas com a cristalografia. A cristalografia é uma ciência
interdisciplinar que estuda os cristais – uma forma de organização da matéria com
características peculiares ao nível do ordenamento atómico, bem visíveis nas
belas simetrias exibidas pelas formas dos cristais. O primeiro prémio Nobel da
Física, atribuído em 1901 a W. Roentgen pela descoberta dos raios-X, foi
premonitório. Os raios-X permitiram o desenvolvimento da cristalografia
moderna, que usa técnicas de difração (com raios-X, mas também com electrões e
com neutrões) como principal ferramenta analítica. Os prémios Nobel da Física
dos anos 1914 e 1915 foram atribuídos aos pioneiros desta técnica, o alemão Max
von Laue (1914), e os britânicos W.H. Bragg e W.L. Bragg (1915), pai e filho (o
filho foi o mais novo Nobel da Física até agora!). Desde então, o número de
prémios Nobel relacionados com a cristalografia não tem parado de crescer e
está disperso por várias áreas científicas: Física, Química e Fisiologia e
Medicina. Foi a cristalografia que nos deu a conhecer a estrutura em dupla
hélice do DNA, da insulina, da vitamina B12, de várias enzimas, proteínas e do
ribosoma. A União Internacional de Cristalografia gaba-se de ser a sociedade
científica com maior número de prémios Nobel nos seus associados!
Mas a descoberta em 1984 dos quase-cristais por Daniel Shechtman caiu, na altura, como uma bomba na comunidade cristalográfica, uma vez que punha em causa um dos pilares da cristalografia. De facto, este físico tinha observado padrões de difração com simetria pentagonal em cristais de uma liga de alumínio e manganês, algo que era incompatível com um empacotamento tridimensional periódico dos átomos – que era precisamente o que, na altura, se entendia por um cristal.
Shechtman teve grande dificuldade em publicar as suas observações, apesar da boa qualidade dos seus resultados experimentais. A maioria dos cristalógrafos acreditava que a explicação para os estranhos padrões de difração seria a existência de defeitos de crescimento dos cristais a que se dá o nome de maclas. Mas Shechtman tinha examinado em pormenor os seus cristais e sabia que não havia nenhuma evidência para a ocorrência desse tipo de defeitos de crescimento. Entre os defensores da teoria da maclagem estavam nomes conceituados como Linus Pauling, duplo prémio Nobel e ele próprio um cristalógrafo muito conceituado, que rejeitou até ao final da sua vida outra interpretação. Mas a verdade acabou por se impor. A explicação para a existência de um padrão de difracção bem definido numa estrutura sem ordem tridimensional periódica veio, curiosamente, da Matemática. O matemático britânico Roger Penrose tinha investigado, na década de 70, um tipo de preenchimento aperiódico do plano por mosaicos com formas peculiares, que ficou conhecido por mosaico ou pavimento de Penrose. Alguns anos antes da descoberta de Shechtman, um cristalógrafo, Alan Mackay, tinha colocado a questão de saber se este tipo de mosaico aperiódico poderia dar origem a um padrão de difração – e a resposta, que veio de uma experiência muito simples e convincente, realizada com um pedaço de cartão furado e um pequeno laser, foi afirmativa. Assim, não foi preciso esperar mais do que seis semanas após a publicação da descoberta da Shechtman na prestigiada Physical Review Letters, para que fosse publicada uma primeira teoria para a explicação do novo fenómeno, com base nas ideias de Penrose. Se os físicos ficaram, desde logo, entusiasmados, ainda demorou algum tempo para que estas novas ideias fossem plenamente aceites pelos cristalógrafos. Só em 1992 a União Internacional de Cristalografia alterou a sua definição de cristal para um “sólido que produz um padrão de difração essencialmente discreto” e definiu “cristal aperiódico” (quase-cristal) como um cristal onde o ordenamento periódico tridimensional dos átomos está ausente. Mas a designação original de “quase-cristal” já estava popularizada e veio para ficar.
Hoje em dia já foram encontrados quase-cristais em mais de uma centena de sistemas intermetálicos, sendo que cerca de metade são compostos metaestáveis. Eles estão sobretudo presentes em ligas ternárias de alumínio que já tinham sido amplamente estudadas por muitos investigadores. É absolutamente certo que muitos cientistas, antes de Daniel Shechtman, já se teriam deparado com quase-cristais nas suas investigações, mas descartaram-nos como “amostras de má qualidade”, sem ensaiarem uma investigação mais profunda. Após o anúncio da descoberta, muitos foram os investigadores que encontraram quase-cristais em amostras relegadas para o fundo das gavetas.
Sendo os quase-cristais uma forma “peculiar” de ordenamento da matéria, os físicos foram os primeiros a acreditar que eles poderiam exibir propriedades extraordinárias. De facto, a quase-periodicidade tem consequências importantes para as propriedades electrónicas e para outras propriedades que envolvam, por exemplo, o espectro das vibrações dos átomos (fonões). Mas, na verdade, depois de um ímpeto inicial, o interesse por estes compostos tem vindo lentamente a diminuir, com exceção para as aplicações recentes na área da fotónica, que fizeram ressurgir este assunto. Por enquanto, e enquanto esperamos pelo desenvolvimento de aplicações nas áreas da fotónica e da optoeletrônica, o maior nicho de mercado dos quase-cristais está no seu uso como precipitados para endurecer alguns aços para aplicações especiais ou revestimentos, usados, por exemplo, em fritadeiras anti-aderentes.
Em Portugal, a cristalografia está razoavelmente desenvolvida, mas não parece haver atualmente atividade de investigação relevante em quase-cristais. As áreas de investigação com forte desenvolvimento são as da cristalografia das “grandes moléculas” de interesse biológico (por exemplo, proteínas), onde Portugal tem uma comunidade de excelência com relevância internacional. Também na área da cristalografia das pequenas moléculas e nas aplicações da cristalografia à ciências dos materiais, Portugal está bem representado. E a cristalografia ainda continuará, por certo, a contribuir para novas descobertas científicas de grande relevância.
José António Paixão
Mas a descoberta em 1984 dos quase-cristais por Daniel Shechtman caiu, na altura, como uma bomba na comunidade cristalográfica, uma vez que punha em causa um dos pilares da cristalografia. De facto, este físico tinha observado padrões de difração com simetria pentagonal em cristais de uma liga de alumínio e manganês, algo que era incompatível com um empacotamento tridimensional periódico dos átomos – que era precisamente o que, na altura, se entendia por um cristal.
Shechtman teve grande dificuldade em publicar as suas observações, apesar da boa qualidade dos seus resultados experimentais. A maioria dos cristalógrafos acreditava que a explicação para os estranhos padrões de difração seria a existência de defeitos de crescimento dos cristais a que se dá o nome de maclas. Mas Shechtman tinha examinado em pormenor os seus cristais e sabia que não havia nenhuma evidência para a ocorrência desse tipo de defeitos de crescimento. Entre os defensores da teoria da maclagem estavam nomes conceituados como Linus Pauling, duplo prémio Nobel e ele próprio um cristalógrafo muito conceituado, que rejeitou até ao final da sua vida outra interpretação. Mas a verdade acabou por se impor. A explicação para a existência de um padrão de difracção bem definido numa estrutura sem ordem tridimensional periódica veio, curiosamente, da Matemática. O matemático britânico Roger Penrose tinha investigado, na década de 70, um tipo de preenchimento aperiódico do plano por mosaicos com formas peculiares, que ficou conhecido por mosaico ou pavimento de Penrose. Alguns anos antes da descoberta de Shechtman, um cristalógrafo, Alan Mackay, tinha colocado a questão de saber se este tipo de mosaico aperiódico poderia dar origem a um padrão de difração – e a resposta, que veio de uma experiência muito simples e convincente, realizada com um pedaço de cartão furado e um pequeno laser, foi afirmativa. Assim, não foi preciso esperar mais do que seis semanas após a publicação da descoberta da Shechtman na prestigiada Physical Review Letters, para que fosse publicada uma primeira teoria para a explicação do novo fenómeno, com base nas ideias de Penrose. Se os físicos ficaram, desde logo, entusiasmados, ainda demorou algum tempo para que estas novas ideias fossem plenamente aceites pelos cristalógrafos. Só em 1992 a União Internacional de Cristalografia alterou a sua definição de cristal para um “sólido que produz um padrão de difração essencialmente discreto” e definiu “cristal aperiódico” (quase-cristal) como um cristal onde o ordenamento periódico tridimensional dos átomos está ausente. Mas a designação original de “quase-cristal” já estava popularizada e veio para ficar.
Hoje em dia já foram encontrados quase-cristais em mais de uma centena de sistemas intermetálicos, sendo que cerca de metade são compostos metaestáveis. Eles estão sobretudo presentes em ligas ternárias de alumínio que já tinham sido amplamente estudadas por muitos investigadores. É absolutamente certo que muitos cientistas, antes de Daniel Shechtman, já se teriam deparado com quase-cristais nas suas investigações, mas descartaram-nos como “amostras de má qualidade”, sem ensaiarem uma investigação mais profunda. Após o anúncio da descoberta, muitos foram os investigadores que encontraram quase-cristais em amostras relegadas para o fundo das gavetas.
Sendo os quase-cristais uma forma “peculiar” de ordenamento da matéria, os físicos foram os primeiros a acreditar que eles poderiam exibir propriedades extraordinárias. De facto, a quase-periodicidade tem consequências importantes para as propriedades electrónicas e para outras propriedades que envolvam, por exemplo, o espectro das vibrações dos átomos (fonões). Mas, na verdade, depois de um ímpeto inicial, o interesse por estes compostos tem vindo lentamente a diminuir, com exceção para as aplicações recentes na área da fotónica, que fizeram ressurgir este assunto. Por enquanto, e enquanto esperamos pelo desenvolvimento de aplicações nas áreas da fotónica e da optoeletrônica, o maior nicho de mercado dos quase-cristais está no seu uso como precipitados para endurecer alguns aços para aplicações especiais ou revestimentos, usados, por exemplo, em fritadeiras anti-aderentes.
Em Portugal, a cristalografia está razoavelmente desenvolvida, mas não parece haver atualmente atividade de investigação relevante em quase-cristais. As áreas de investigação com forte desenvolvimento são as da cristalografia das “grandes moléculas” de interesse biológico (por exemplo, proteínas), onde Portugal tem uma comunidade de excelência com relevância internacional. Também na área da cristalografia das pequenas moléculas e nas aplicações da cristalografia à ciências dos materiais, Portugal está bem representado. E a cristalografia ainda continuará, por certo, a contribuir para novas descobertas científicas de grande relevância.
José António Paixão
Fonte: http://dererummundi.blogspot.com.br/2011/10/o-nobel-da-quimica-e-cristalografia.html
Maiores Informações: http://www.nobelprize.org/
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