Ordem cristalina

O arranjo cristalino do cloreto de sódio.

O exemplo mais simples de ordem de longo alcance é a ordem cristalina. Os cristais são estruturas extensas com simetria de translação. Esta periodicidade, à escala microscópica, foi estudada por difracção de raios X por W. Bragg e L. Bragg, trabalho pelo qual receberam o Prémio Nobel da Física em 1915.

Esquema para a obtenção de um diagrama de Laue.

As ideias modernas sobre a estrutura microscópica dos cristais apareceram durante o século XVII, nos trabalhos de cientistas como Johannes Kepler. A ideia básica consiste em considerar os cristais como sólidos com ordem ao nível microscópico: Onde uma unidade estrutural básica repete-se infinitamente em todas as direcções e preenche todo o espaço.

Num cristal os graus de liberdade relevantes são as posições dos átomos ou moléculas. As posições atómicas repetem-se formando uma estrutura periódica, definida por três vectores de translação. A simetria do cristal não é uma propriedade dos átomos ou moléculas individuais, mas dos átomos em interacção ou das ´unidades estruturais` que se repetem.

As interacções entre átomos e moléculas são electrostáticas e podem ser bastante complicadas. Contudo, os efeitos destas interacções na organização de um grande número de partículas são surpreendentemente simples. Sistemas isolados com muitos átomos ou moléculas em interacção exibem estados de equilíbrio tão mais ordenados quanto menor for a temperatura.

Muitas propriedades físicas dependem quase exclusivamente da simetria ou do tipo de ordem do estado. Esta universalidade, isto é, a independência do comportamento macroscópico dos detalhes microscópicos é uma das características das propriedades emergentes. Os estados da matéria são propriedades emergentes.