El Año Internacional de la Cristalografía

La cristalografía, según el diccionario de la Real Academia Española es la "descripción de las formas que toman los cuerpos al cristalizar". Se trata de una ciencia fundamental en los estudios de la química, la física, la biología y la mineralogía y que en este 2014 está viviendo su Año Internacional. La Asamblea General de Naciones Unidas (UNESCO) proclamó 2014 Año Internacional de la Cristalografía, no solo por el centenario de la difracción de Rayos X como herramienta para el estudio de la materia cristalina, sino también por 400 aniversario de la observación de simetría en los cristales de hielo, un hito histórico. Así no es difícil encontrar noticias en prensa en las que se fomenta que la comprensión material de nuestro mundo se debe en particular a esta ciencia y que la enseñanza y aplicación de la misma es fundamental para hacer frente a múltiples desafíos esenciales para el desarrollo de la humanidad.

Pero no nos equivoquemos, me imagino que al hablar de cristalografía todos habéis empezado a visionar en vuestra cabeza las espectaculares cuevas llenas de cristales, preciosas y brillantes geodas de decoración o caros diamantes engarzados en anillos y collares, sin saber que esta ciencia nos rodea desde el mismo momento en que nos levantamos y que nos acompaña en cada paso que damos a nuestro alrededor. Algunos ejemplos son los cristales utilizados como componentes de la pasta de dientes, como granos de azúcar, como parte de las pantallas de cristal líquido de los despertadores, en nuestros teléfonos móviles, en las pantallas de nuestros ordenadores, en los convertidores catalíticos que de los coches, en la nieve del exterior o en los alimentos congelados en nuestra nevera. 

¿Qué es un cristal ?

Se describen como materiales cristalinos aquellos materiales sólidos cuyos elementos constitutivos (átomos, iones o moléculas) se repiten de manera ordenada y paralela, y cuya distribución en el espacio muestra ciertas relaciones de simetría. Así, la propiedad característica del medio cristalino es ser periódico, es decir, que a lo largo de cualquier dirección la materia que lo forma se halla a distancias específicas y paralelamente orientada. Por lo tanto, el cristal está formado por la repetición monótona de agrupaciones atómicas paralelas entre si y a distancias repetitivas específicas. Sus dos elementos fundamentales son:

•  Celda Unitaria: es la porción del espacio cristalino que se repite dento de un cristal. En una red cristalina existen siempre tres direcciones no coplanarias tales que se obtiene la dimensión mínima entre todas las traslaciones posible de la red. De manera más sencilla lo que se tiene es un eje de coordenadas tridimensional (X, Y, Z) que constituyen las direcciones de crecimiento para las caras del cristal, y que por tanto, determinarán la forma del mismo.

• Índices de Miller: una vez establecido el elemento repetitivo, necesitamos saber cuantas veces lo vamos a disponer, cuanto va a crecer el cristal. Para determinar esto se utilizan los llamados Índices de Miller, que nos dan la intersección de las caras del cristal con cada uno de los ejes tomados como referencia. 

¿Qué papel juega la SIMETRÍA en la cristalografía?

Denominamos simetría a la particular regularidad que se observa en la disposición de los  objetos o de sus partes en el plano o en el espacio. Si la figura tiene las partes iguales que  pueden coincidir una con la otra se dice que la figura misma es simétrica. Las  transformaciones que revelan la simetría de las figuras se llaman las operaciones de  simetría y la forma geométrica que caracteriza una operación de simetría se denomina  elemento de simetría. El lugar geométrico que ayuda a la visualización de la simetría de una distribución ordenada recibe el nombre de elemento de simetría. La mayoría de los cristales mostrarán una regularidad o simetría de disposición de las caras y ángulos similares y realizando algunas modificaciones sobre  ellos, las caras y ángulos iguales pueden hacerse coincidir.

Los elementos de simetría utilizados son: 

• Reflexión sobre un Plano
• Rotación alrededor de un Eje
• Inversión alrededor de un Centro

Y las formas cristalinas resultantes de las modificaciones mencionadas las podemos ver en la siguiente imagen:

¿Qué técnica es la más utilizada para determinar la estructura de los cristales?

Mención especial en el apartado de las aplicaciones merece la cristalografía de rayos X por su importancia y por la cantidad de campos que ha ayudado a abrir. La técnica consistente en hacer pasar un haz de rayos X a través de un cristal de la sustancia sujeta a estudio. El haz se escinde en varias direcciones debido a la simetría de la agrupación de átomos y, por difracción, da lugar a un patrón de intensidades que puede interpretarse según la ubicación de los átomos en el cristal, aplicando la ecuación matemática conocida como ley de Bragg.

Es una de las técnicas que goza de mayor prestigio entre la comunidad científica para dilucidar estructuras cristalinas, debido a su precisión y a la experiencia acumulada durante décadas, elementos que la hacen muy fiable. Sus mayores limitaciones se deben a la necesidad de trabajar con sistemas cristalinos, por lo que no es aplicable a disoluciones, a sistemas biológicos, sistemas amorfos o a gases.

La cristalografía de rayos X desempeñó un papel esencial en la descripción de la doble hélice de la molécula de ADN y actualmente se sigue usando ampliamente en la determinación de las estructuras de las proteínas.

Espero que este post os sirva para adentraros en el apasionate mundo de la cristalografía, en este su año mundial declarado por la UNESCO.

Nos vemos en la próxima entrada, hasta entonces... ¡¡¡¡¡¡¡¡ DISFRUTEN DE LA CIENCIA!!!!!!!