Como os cristais se formam?

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Redação do Site Inovação Tecnológica – 08/04/2024

Como os cristais se formam?

Desde a pr-histria temos uma verdadeira fascinao pelos cristais: Alm de belssimos, eles no se parecem com nenhuma outra coisa com que nossos ancestrais de deparavam na natureza, parecendo mesmo serem “coisas de outro mundo”.

Continuamos a nos maravilhar com eles, mas hoje j sabemos no apenas fabricar alguns quase to belos quando os naturais, como tambm tirar proveito dos cristais para muitas coisas, de clulas solares e semicondutores, at catalisadores, elementos pticos e cura para doenas como a malria.

Assim, at um pouco surpreendente que os historiadores que pensarem em criar uma linha do tempo de fascnio pelos cristais, que j abrange mais de um milho de anos, vo precisar marcar um evento no incio de 2024. Este foi o momento em que a Rajshree Chakrabarti e colegas da Universidade de Houston, nos EUA, finalmente conseguiram explicar como os cristais se formam e como as molculas se ajeitam para fazer parte deles.

“Durante dcadas, os pesquisadores do crescimento de cristais sonharam em elucidar a reao qumica entre as molculas que chegam e os locais nicos na superfcie do cristal que as aceitam, as tores [defeitos angulares],” contextualizou o professor Peter Vekilov. “O mecanismo dessa reao, ou seja, a escala de tempo e a escala de comprimento caractersticas, os possveis intermedirios e suas estabilidades, permaneceu indefinido e sujeito a especulao por mais de 60 anos.”

Cristal de dihidrogenofosfato de potssio (KDP) estudado pelos pesquisadores.
[Imagem: University of Houston]

Estado intermedirio crucial

O principal obstculo para uma compreenso mais profunda do processo de formao dos cristais tem sido a falta de dados sobre como as molculas se unem rede cristalina, uma vez que o processo de sua passagem da soluo em se encontram at onde elas passam a fazer parte do crescimento do cristal muito complicado.

Para desvendar a reao qumica entre uma molcula que se dissolve em lquido (soluto) e uma toro cristalogrfica, a equipe lanou mo de duas estratgias transformacionais, uma utilizando pares orgnicos completos e outra utilizando quatro solventes com estruturas e funes distintas. Mais importante ainda foi o processo de monitorar detalhadamente o que estava acontecendo, o que exigiu tcnicas de ltima gerao, incluindo microscopia de fora atmica in situ resolvida no tempo com resoluo quase molecular, difrao de raios X, espectroscopia de absoro e microscopia eletrnica de varredura.

Deu mais trabalho do que achar um belo cristal enterrado no solo, mas a descoberta apareceu reluzente: A incorporao das molculas ocorre em duas etapas divididas por um estado intermedirio, sendo que a estabilidade desse estado intermedirio fundamental na forma como os cristais crescem. Basicamente, o estado intermedirio que “decide” quo rpido ou lento os cristais iro se formar, j que afeta a facilidade com que as coisas podem se juntar durante o processo.

Usos prticos

Esta nova compreenso j est ajudando a explicar resultados observacionais, como o fato de que pequenas partes de um lquido influenciam as formas detalhadas dos cristais encontrados na natureza. E dever ajudar muito mais, da sntese de diamantes sintticos cristalizao de substncias para novos medicamentos.

“Igualmente importante, este paradigma orientar a busca por solventes e aditivos que estabilizem o estado intermedirio para retardar o crescimento de, por exemplo, polimorfos indesejados,” disse Vekilov – polimorfos so cristais que apresentam a mesma composio qumica, mas diferentes estruturas cristalinas, como o grafite e o diamante, por exemplo.

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