O presente texto tem caráter introdutório. Embora um autor não possa e nem deva determinar ou escolher seus leitores, ele foi escrito visando interessados que estão se iniciando no estudo da Ciência dos Materiais. Eles tanto podem ser estudantes de graduação dos três primeiros anos de Engenharia Metalúrgica ou de Engenharia de Materiais, como graduados em outras áreas, tais como Física, Química, Engenharia Mecânica, Engenharia Química e Odontologia, que estejam se iniciando na área de materiais. A matéria é desenvolvida em 20 capítulos concisos. Nos capítulos iniciais é discutida a organização dos átomos na matéria (ligações químicas, sólidos cristalinos, sólidos amorfos e sólidos parcialmente cristalinos). Nos capítulos inter-mediários são abordados (com considerável detalhe) os defeitos cristalinos. Na parte final são discutidas as principais propriedades dos materiais. No decorrer de todo o texto procura-se relacionar a composição e a estrutura dos materiais com suas propriedades e usos. A abordagem apresenta algumas ênfases. Por exemplo, os materiais cristalinos são tratados em maior detalhe que os amorfos e parcial-mente cristalinos. Os materiais metálicos ocupam maior espaço que os cerâmicos, polimíricos e compó-sitos. As propriedades mecânicas são discutidas em maior detalhe que todas as outras. Estas ênfases foram ditadas pela im-portância econômica e pelas aplicações. Todos os capítulos apresentam lista de exercicios propostos e biblio-grafia.
Todos os minerais t�m uma estrutura cristalina, isto �, formam cristais. H� alguns, � verdade, que s�o amorfos, ou seja, n�o possuem esse arranjo ordenado de �tomos que caracteriza os cristais. Mas s�o pouqu�ssimos, apenas 0,3% das esp�cies conhecidas.
Alguns minerais habitualmente exibem cristais bem formados, com todas as suas faces, chamados de cristais eu�dricos. Servem como exemplo as granadas, as ze�litas e diversas variedades de quartzo, como o citrino, a ametista, o quartzo enfuma�ado e o quartzo incolor. Outros minerais, ao contr�rio, raramente s�o vistos em cristais eu�dricos. � o caso da rodonita, da rodocrosita e do quartzo r�seo.
De qualquer modo, raros ou comuns, todos os cristais s�o classificados, de acordo com suas caracter�sticas geom�tricas, em um dos sete sistemas cristalinos. Entende-se por sistema cristalino o conjunto de cristais cujos eixos cristalogr�ficos s�o iguais nas suas dimens�es relativas, apresentando rela��es angulares gerais constantes.
Eixo cristalogr�fico � qualquer das linhas imagin�rias que atravessam um cristal, encontrando-se em seu centro (linhas vermelhas nas figuras a seguir). H� um eixo frontal ao observador, chamado de a; um eixo vertical, chamado de c; e um eixo perpendicular a esses dois, chamado de b. O �ngulo entre c e b � chamado de alfa (α); o �ngulo entre a e c � chamado de beta (β); e o �ngulo entre a e b, de gama (γ).
Os eixos cristalogr�ficos servem como refer�ncia na descri��o da estrutura e simetria dos cristais. Medindo suas dimens�es relativas e os valores dos �ngulos pode-se determinar a qual sistema cristalino pertence o cristal.
Por conven��o, o eixo a � considerado positivo na por��o anterior ao ponto de encontro com os outros eixos e negativo na por��o posterior; o eixo b � positivo na por��o � direita desse ponto e negativo � esquerda; o eixo c � positivo acima do mesmo ponto e negativo abaixo dele.
H� sete sistemas cristalinos, chamados de: c�bico, tetragonal, ortorr�mbico, hexagonal, trigonal, monocl�nico e tricl�nico. Eles se subdividem em um total de 32 classes cristalinas.
Sistema C�bico
Sistema cristalino em que h� tr�s eixos cristalogr�ficos de mesmo tamanho e mutuamente perpendiculares. Como os tr�s eixos t�m o mesmo tamanho, os cristais desse sistema s�o equidimensionais, ou seja, n�o s�o nem alongados, nem achatados. O fato de o sistema chamar-se c�bico n�o significa que os cristais todos t�m a forma de um cubo. Eles podem ser, por exemplo, um cubo com todos os v�rtices cortados por faces inclinadas; octaedros (duas pir�mides de base quadrada unidas por essa base); dodecaedros (cristais com doze faces) etc.
Os cristais do sistema c�bico t�m uma caracter�stica que nenhum outro t�m: isotropia t�rmica e �ptica. Isso significa que a luz e o calor neles se propagam com a mesma velocidade, seja qual for a dire��o.
Pertencem ao sistema c�bico os cristais de 7,8 % das esp�cies minerais conhecidas, entre elas diamante, ouro, granadas, prata, espin�lio, pirita e sodalita.
O sistema c�bico (e o cristal a ele pertencente) � tamb�m conhecido pelos nomes isom�trico e monom�trico.
Sistema Tetragonal
Neste sistema, os tr�s eixos cristalogr�ficos s�o mutuamente perpendiculares, como no sistema c�bico. Mas, enquanto os eixos a e b t�m mesmo comprimento, o eixo c � diferente, sendo maior ou menor.
Pertencem a este sistema 6,4% dos minerais conhecidos, entre eles zirc�o, apofilita, rutilo, idocr�sio e cassiterita. Ele e seus cristais recebem tamb�m o nome de quadr�tico.
Sistema Ortorr�mbico
Sistema cristalino em que os tr�s eixos cristalogr�ficos s�o mutuamente perpendiculares, como nos sistemas anteriores, mas cada um com um comprimento.
Compreende 28,6% das esp�cies minerais conhecidas, sendo exemplos top�zio, crisoberilo e zoisita.
Sistema Hexagonal
No sistema hexagonal, em vez de dois eixos horizontais existem tr�s, separados entre si por �ngulos de 120� e todos com o mesmo comprimento.
Al�m deles, h� o eixo vertical (c), perpendicular aos demais, diferente deles no comprimento e com simetria sen�ria. Simetria sen�ria significa que, num giro completo do cristal, a mesma imagem repete-se seis vezes.
Pertencem a este sistema 7% dos minerais conhecidos, entre eles apatita, berilo e covellita.
Sistema Trigonal
Sistema cristalino caracterizado, como o anterior, por tr�s eixos cristalogr�ficos de igual comprimento e horizontais, formando �ngulos de 120� entre si, e um eixo vertical perpendicular aos demais, diferente deles no comprimento e com simetria tern�ria.
Como se v�, a �nica diferen�a entre esse sistema e o hexagonal � a simetria do eixo vertical, que aqui � tern�ria, ou seja, num giro completo do cristal a mesma imagem repete-se tr�s vezes (e n�o seis como no sistema hexagonal). Devido a essa semelhan�a entre os dois sistemas, alguns autores consideram o sistema trigonal uma subdivis�o (classe) do sistema hexagonal.
Pertencem ao sistema trigonal 10,1% das esp�cies minerais conhecidas, entre elas o quartzo, o cor�ndon e as turmalinas,
Esse sistema e o cristal a ele pertencente s�o tamb�m chamados de rombo�drico.
Sistema Monocl�nico
No sistema monocl�nico existem tr�s eixos cristalogr�ficos de comprimentos diferentes. Os �ngulos α e γ t�m 90� e o �ngulo β, um valor diferente deste.
S�o monocl�nicas 30,8% das esp�cies minerais, sendo este o sistema com maior n�mero de minerais. Ex.: jade�ta, espodum�nio, ortocl�sio e eucl�sio.
Sistema Tricl�nico
Este �ltimo sistema � o que exibe cristais de simetria mais pobre. Ele possui tr�s eixos cristalogr�ficos, todos diferentes entre si, o mesmo acontecendo com os �ngulos entre eles.
Compreende 9% das esp�cies minerais conhecidas, como rodonita, turquesa e microcl�nio, por exemplo.
Fontes
SCHUMANN, Walter. Gemas do Mundo Trad. Rui Ribeiro Franco & M�rio del Rey. Rio de Janeiro, Livro T�cnico, 1982. 254p. il. p. 16-17
BRANCO, P�rcio de Moraes. Dicion�rio de Mineralogia e Gemologia. S�o Paulo: Oficina de Textos, 2008. 608 p. il.
Fotos
P�rcio M. Branco. Acervo do Museu de Geologia da CPRM (fotos 6 e 12).
Cole��o P�rcio M. Branco (fotos 2, 4, 8, 10 e 14).