La materia que constituye el universo se encuentra en su mayor parte como átomos caóticos de hidrógeno y helio. Solo el 3% conforma el resto de los elementos químicos que se organizan en planetas o exoplanetas alrededor de las estrellas. Mientras la materia se encuentre en calidad de gases y materiales líquidos o fundidos, los átomos continuarán bailando desordenadamente.
Pero esta situación se acaba cuando los materiales se solidifican y por tanto cristalizan. Es allí cuando los átomos se organizan en estructuras definidas para dar lugar a los cristales de los distintos minerales. Uno de ellos es el hielo, un óxido formado por la unión de hidrógeno con oxígeno, que cristaliza en el sistema hexagonal y es el producto del enfriamiento del agua a cero grados. Los copos de nieve contra el vidrio nos muestran esas bellas formas hexagonales.
La nube de Oort alrededor del sistema solar, los cometas, las superficies de los planetas y de los satélites más allá de Marte e incluso la propia tierra en sus casquetes polares y en los glaciares continentales tienen una abundancia de ese mineral. En general toda la materia sólida mineral es cristalina, pero hay excepciones como el vidrio volcánico, el ópalo o el mercurio, este último es líquido a temperatura ambiente.
Los cristales se forman en todos los ambientes terrestres, sea en el interior de la corteza por el enfriamiento de los magmas en grandes cámaras o bien en grietas y filones, sea por la presión y la temperatura a que son sometidas las rocas que se metamorfizan, o bien en la superficie terrestre por la evaporación de lagos salados o por la concentración que producen los seres vivos (apatita en los huesos y dientes de los vertebrados, calcita y aragonita en los moluscos, etc.). Los materiales fundidos del interior terrestre, llamados magmas, dan lugar a la formación de los granitos de acuerdo a su composición ácida o bien a otros tipos de rocas.
Los granitos están esencialmente formados por cuarzo, feldespatos y micas en cristales milimétricos. Si hay aberturas donde los minerales puedan crecer libremente pueden dar lugar a cristales de grandes dimensiones como ocurre en las rocas pegmatitas. Los fluidos que escapan del magma ascienden y pueden formar vetas de minerales metalíferos de oro, plata, cobre, antimonio, estaño y muchos otros acompañados casi siempre por la pirita, que es un sulfuro de hierro. Los gases que salen de los volcanes pueden precipitar por sublimación, esto es el pasaje directo del estado gaseoso al sólido. Así se produce la formación de bellos cristales de azufre.
Todos estos minerales cristalizan siguiendo distintos estilos de ordenamiento atómico. Puede ser un sólo átomo el que se une a otros de su misma naturaleza atados mediante enlaces químicos y forman una celda elemental que se repite en el espacio tridimensional. El oro, la plata, el cobre y el platino se organizan en estructuras cúbicas. Igual que la pirita y la sal de mesa, aunque éstas están formadas por más de un tipo de átomo. Aún cuando no se vean formas exteriores cristalinas como caras definidas, en su intimidad la materia está así organizada.
Se han reconocido en base a la simetría siete sistemas cristalinos: Cúbico, tetragonal, hexagonal, trigonal, rómbico, monoclínico y triclínico. El carbono es un excelente ejemplo. De acuerdo a como se organicen los átomos y al tipo de enlace químico que los unan podrá formar estructuras cúbicas dando lugar al diamante que es la sustancia más dura conocida en la naturaleza o bien puede formar estructuras hexagonales, en capas, dando como resultado el grafito que es una de las sustancias más blandas que se conocen.
Esto es lo verdaderamente asombroso del mundo mineral y de la materia cristalina. Si bien los griegos ya había reparado en los cristales que les recordaban a los poliedros de Platón, pasaron muchos años hasta que empezara la tarea de los mineralogistas buscando clasificar a los minerales por su composición química, propiedades físicas, formas cristalinas externas y sabores. Una miríada de sabios participaron de esta tarea que fue haciendo aportes fundamentales a la disciplina: Agrícola, Steno, Haüy, Bravais, etcétera.
Sin embargo el edificio seguía vacío. Faltaba penetrar al interior de la materia para ver como se ordenaban realmente los átomos, iones y moléculas. Esto se resolvió recién un siglo atrás gracias al descubrimiento de los rayos X. Desde entonces la cristalografía pegó un gran salto y hoy es una ciencia propia que se ocupa no solamente de los minerales, sino también de todas las sustancias orgánicas e inorgánicas, tanto naturales como artificiales; en fin de todos los sólidos con estructura cristalina. Estudia la formación de cristales y sus propiedades físicas, químicas y geométricas.
De acuerdo a la forma de los cristales se han formulado leyes esenciales que permanecen incólumes. Si bien los rayos X fueron la revolución para la comprensión del mundo cristalino, posteriormente se han aplicado otras técnicas como difracción de neutrones y de electrones. En 2012 se cumplieron 100 años desde que el físico alemán Max von Laue experimentara la interacción de rayos X con cristales de sulfato de cobre demostrando a la vez que los rayos X eran ondas electromagnéticas de longitud de onda muy pequeña en comparación con la luz visible y de que los cristales están formados por átomos distribuidos en arreglos ordenados, periódicos en el espacio, con distancias características.
Poco después, William Henry Bragg y William Lawrence Bragg (padre e hijo) lograron determinar la primera estructura cristalina, la de la sal común. Todos ellos ganaron el Nobel de física. La difracción de rayos X llevó más tarde a lograr determinaciones de la estructura de macromoléculas complejas, incluyendo proteínas, ácidos nucleicos y hasta ribosomas que condujo a aplicaciones en medicina y al desarrollo de nuevos fármacos. También ayudó a resolver la famosa estructura del ADN. Durante las últimas décadas se alcanzaron grandes progresos en el entendimiento de la estructura de la materia y de las variaciones estructurales gracias a la disponibilidad y uso de fuentes de radiación sincrotrón, las que permiten obtener diagramas de difracción o de absorción de rayos X con alta resolución temporal y espacial.
En nuestro país, la disciplina cuenta con una organización propia, la Asociación Argentina de Cristalografía (AACr) presidida por el Dr. Diego Lamas. En cuanto a los minerales los estudios se enmarcan en la Asociación Mineralógica Argentina que preside la Dra. Teresita Montenegro. Ambas organizaciones están de parabienes ya que la UNESCO decidió declarar a 2014 como el "Año Internacional de la Cristalografía". Una gran cantidad de actividades están programadas y tienen que ver con los cristales en todos los órdenes de la vida, desde la salud humana hasta los más modernos materiales de la tecnología moderna.
* Doctor en Ciencias Geólogicas
