Geminação de cristal - Crystal twinning
A geminação de cristais ocorre quando dois cristais separados compartilham alguns dos mesmos pontos da estrutura cristalina de maneira simétrica. O resultado é um intercrescimento de dois cristais separados em uma variedade de configurações específicas. A superfície ao longo da qual os pontos da rede são compartilhados em cristais gêmeos é chamada de superfície de composição ou plano duplo.
Os cristalógrafos classificam os cristais gêmeos por uma série de leis gêmeas. Essas leis gêmeas são específicas do sistema de cristal . O tipo de geminação pode ser uma ferramenta de diagnóstico na identificação de minerais. A geminação é um mecanismo importante para mudanças permanentes de forma em um cristal.
A geminação muitas vezes pode ser um problema na cristalografia de raios-X , pois um cristal geminado não produz um padrão de difração simples .
Leis gêmeas
As leis dos gêmeos são definidas por seus planos gêmeos (isto é, {hkl}) ou pela direção dos eixos gêmeos (isto é, [hkl]). Se a lei dos gêmeos pode ser definida por uma superfície de composição plana simples, o plano dos gêmeos é sempre paralelo a uma possível face de cristal e nunca paralelo a um plano de simetria existente (lembre-se de que a geminação adiciona simetria).
Se a lei dos gêmeos for um eixo de rotação, a superfície da composição será irregular, o eixo dos gêmeos será perpendicular a um plano de rede, mas nunca será um eixo de rotação de dobra uniforme da simetria existente. Por exemplo, a geminação não pode ocorrer em um novo eixo de 2 dobras que é paralelo a um eixo de 4 dobras existente.
Leis gêmeas comuns
No sistema isométrico, os tipos mais comuns de gêmeos são a Lei Spinel (plano dos gêmeos, paralelo a um octaedro ) [111], onde o eixo dos gêmeos é perpendicular a uma face octaédrica, e a Cruz de Ferro [001], que é o interpenetração de dois piritoedros, um subtipo de dodecaedro .
No sistema hexagonal, a calcita mostra as leis gêmeas de contato {0001} e {0112}. O Quartz mostra a Lei do Brasil {1120} e a Lei Dauphiné [0001], que são gêmeos da penetração causados pela transformação, e a Lei do Japão {1122}, que muitas vezes é causada por acidentes durante o crescimento.
No sistema tetragonal, os gêmeos de contato cíclico são o tipo de gêmeo mais comumente observado, como no dióxido de titânio rutilo e no óxido de estanho da cassiterita .
No sistema ortorrômbico, os cristais geralmente gemem em planos paralelos à face do prisma, onde o mais comum é um {110} gêmeo, que produz gêmeos cíclicos, como na aragonita , crisoberil e cerussita .
No sistema monoclínico, os gêmeos ocorrem com mais frequência nos planos {100} e {001} pela Lei de Manebach {001}, Lei de Carlsbad [001], Lei de Braveno {021} em ortoclásio e os gêmeos de cauda de andorinha {001} em gesso .
No sistema triclínico, os cristais mais comumente gêmeos são os minerais feldspato plagioclásio e microclina . Esses minerais mostram as Leis da Albita e da Periclina.
Tipos de geminação
Cristais geminados simples podem ser gêmeos de contato ou gêmeos de penetração. Os gêmeos de contato compartilham uma única superfície de composição, muitas vezes aparecendo como imagens espelhadas além da fronteira. Plagioclásio , quartzo , gesso e espinélio freqüentemente exibem geminação de contato. A geminação meroédrica ocorre quando as redes dos gêmeos de contato se sobrepõem em três dimensões, como por rotação relativa de um gêmeo do outro. Um exemplo é metazeunerite . Nos gêmeos de penetração, os cristais individuais têm a aparência de passar uns pelos outros de maneira simétrica. Ortoclásio , estaurolita , pirita e fluorita freqüentemente apresentam geminação de penetração.
Se várias partes de cristal gêmeo estiverem alinhadas pela mesma lei dos gêmeos, elas serão chamadas de gêmeos múltiplos ou repetidos . Se esses gêmeos múltiplos estiverem alinhados em paralelo, eles são chamados de gêmeos polissintéticos . Quando os gêmeos múltiplos não são paralelos, eles são gêmeos cíclicos . A albita , a calcita e a pirita geralmente apresentam geminação polissintética. A geminação polissintética bem espaçada é freqüentemente observada como estriações ou linhas finas paralelas na face do cristal. Rutilo , aragonita , cerussita e crisoberil freqüentemente exibem geminação cíclica, normalmente em um padrão radiante. Mas, em geral, com base na relação entre o eixo dos gêmeos e o plano dos gêmeos, existem 3 tipos de geminação:
- geminação paralela, quando o eixo dos gêmeos e o plano de composição ficam paralelos um ao outro,
- geminação normal, quando o plano gêmeo e o plano de composição se encontram normalmente, e
- geminação complexa, uma combinação de geminação paralela e geminação normal em um plano de composição.
Modos de formação
Existem três modos de formação de cristais gêmeos. Os gêmeos de crescimento são o resultado de uma interrupção ou mudança na rede durante a formação ou crescimento devido a uma possível deformação de um íon substituto maior. O recozimento ou transformação de gêmeos são o resultado de uma mudança no sistema de cristal durante o resfriamento, pois uma forma se torna instável e a estrutura do cristal deve se reorganizar ou se transformar em outra forma mais estável. A deformação ou gêmeos deslizantes são o resultado da tensão no cristal após a formação do cristal. Se um metal com estrutura cúbica centrada na face (fcc), como Al, Cu, Ag, Au, etc., for submetido a tensão, ele sofrerá geminação. A formação e migração de fronteiras gêmeas é parcialmente responsável pela ductilidade e maleabilidade dos metais FCC.
A geminação de deformação é um resultado comum do metamorfismo regional . A geminação de cristais também é usada como um indicador da direção da força nos processos de construção de montanhas na pesquisa orogenia .
Os cristais que crescem adjacentes uns aos outros podem ser alinhados para se assemelhar a gêmeos. Esse crescimento paralelo simplesmente reduz a energia do sistema e não é geminação.
Mecanismos de formação
A geminação pode ocorrer por deslocamento cooperativo de átomos ao longo da face do limite dos gêmeos. Este deslocamento de uma grande quantidade de átomos simultaneamente requer energia significativa para funcionar. Portanto, a tensão teórica necessária para formar um gêmeo é bastante alta. Acredita-se que a geminação esteja associada ao movimento de deslocamento em escala coordenada, em contraste com o escorregamento, que é causado pelo deslizamento independente em vários locais do cristal .
A geminação e o deslizamento são mecanismos competitivos para a deformação do cristal . Cada mecanismo é dominante em certos sistemas de cristal e sob certas condições. Em metais FCC , o deslizamento é quase sempre dominante porque a tensão necessária é muito menor do que a tensão de junção.
Em comparação com o deslizamento, a geminação produz um padrão de deformação que é mais heterogêneo por natureza. Esta deformação produz um gradiente local através do material e próximo a interseções entre gêmeos e contornos de grão. O gradiente de deformação pode levar à fratura ao longo dos limites, particularmente em metais de transição bcc em baixas temperaturas.
Deposição de gêmeos
As condições de formação do cristal em solução afetam o tipo e a densidade dos deslocamentos no cristal. Acontece freqüentemente que o cristal seja orientado de forma que haja uma deposição de material mais rápida em uma parte do que em outra; por exemplo, se o cristal estiver ligado a algum outro sólido, ele não pode crescer naquela direção. Se o cristal estiver livremente suspenso na solução e o material para crescimento for fornecido na mesma taxa em todos os lados, o resultado será uma forma desenvolvida de maneira uniforme.
Fronteiras gêmeas
Limites gêmeos ocorrem quando dois cristais do mesmo tipo se intercruzam, de modo que existe apenas uma leve desorientação entre eles. É uma interface altamente simétrica, geralmente com um cristal a imagem espelhada do outro; além disso, os átomos são compartilhados pelos dois cristais em intervalos regulares. Esta também é uma interface de energia muito mais baixa do que os limites dos grãos que se formam quando os cristais de orientação arbitrária crescem juntos. Os limites gêmeos também podem exibir um grau mais alto de simetria do que o cristal único. Esses gêmeos são chamados de gêmeos miméticos ou pseudo-simétricos .
Limites gêmeos são parcialmente responsáveis pelo endurecimento por choque e por muitas das mudanças que ocorrem no trabalho a frio de metais com sistemas de deslizamento limitado ou em temperaturas muito baixas. Eles também ocorrem devido a transformações martensíticas : o movimento de fronteiras gêmeas é responsável pelo comportamento pseudoelástico e de memória de forma do nitinol , e sua presença é parcialmente responsável pela dureza devido à têmpera do aço . Em certos tipos de aços de alta resistência, gêmeos de deformação muito fina atuam como obstáculos primários contra o movimento de deslocamento. Esses aços são chamados de aços 'TWIP', onde TWIP significa plasticidade induzida por geminação .
Aparência em diferentes estruturas
Das três estruturas cristalinas comuns bcc , fcc e hcp , a estrutura hcp é a mais provável de formar gêmeos de deformação quando tensionada, porque raramente têm um número suficiente de sistemas de deslizamento para uma mudança de forma arbitrária. Altas taxas de deformação, baixa energia de falha de empilhamento e baixas temperaturas facilitam a junção de deformação.
Veja também
Referências
Leitura adicional
- Hurlbut, Cornelius S .; Klein, Cornelis, 1985, Manual of Mineralogy, 20ª ed., ISBN 0-471-80580-7