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Como se formam os cristais?


Você já se perguntou como um cristal ou um floco de neve cresce, e qual a parte da ciência que estuda estes fenômenos, se é que existe alguma?

O crescimento de cristais é estudado pela física e pela química, e um floco de neve cresce segundo leis semelhantes.

O processo que inicia o crescimento de um cristal é chamado de nucleação. Quando você tem uma substância dissolvida em outra, as moléculas do soluto ocasionalmente colidem, ficam juntas por um tempo, e depois se separam. Eventualmente, uma outra molécula pode colidir no grupo, aumentando-o e depois se separando.

Se acontecerem “agregações” suficientes, o pequeno núcleo atinge o chamado tamanho crítico; a partir daí, não vai se desfazer, e vai crescer cada vez mais. Isto acontece quando a solução é mais concentrada, e as colisões ocorrem com maior frequência.

Só que as moléculas não se prendem de qualquer forma. Existem posições em que elas podem se prender, e outras em que não podem. Este comportamento microscópico vai acabar gerando uma macro-estrutura ordenada, o cristal.

Alguns cristais crescem rapidamente, em questão de segundos, ou demoram dias, até mesmo milênios. A velocidade com que o cristal cresce depende de muitos fatores (como pressão atmosférica, umidade relativa, velocidade do ar, turbulência presente, etc), e nem todos são bem compreendidos.

Mas isto não explica as formas complexas dos flocos de neve. No caso dos flocos de neve, o núcleo inicial sempre tem a forma hexagonal, e todo o cristal cresce seguindo uma simetria hexagonal.

Quando começa a se formar, o floco de neve normalmente está flutuando, e a turbulência das nuvens o arrasta para regiões mais ou menos frias, com mais ou menos pressão e umidade relativa do ar. Cada floco tem uma história diferente, de quando encontrou cada um destes fatores, quantas vezes o encontrou e quanto tempo permaneceu em diferentes regiões. Assim, cada um tem uma forma única (apesar de parecerem relativamente parecidos).


Já existe um algoritmo matemático, baseado nas leis da física, que permite fazer cristais de neve virtuais bastante semelhantes aos flocos de neve reais. Podemos não conhecer toda a física do crescimento de flocos de neve, mas já temos um modelo muito bom de como ela funciona. 

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