Diferença entre cristais uniaxiais e biaxiais

o diferença chave entre cristais uniaxiais e biaxiais é que cristais uniaxiais têm um único eixo óptico enquanto cristais biaxiais têm dois eixos ópticos.

O eixo óptico de um cristal é a direção em que a luz se propaga através do cristal sem enfrentar dupla refração. Todas as ondas de luz paralelas a este eixo não sofrem dupla refração. Em outras palavras, o feixe de luz passa nessa direção com uma velocidade que não depende da polarização.

CONTEÚDO

1. Visão geral e principais diferenças
2. O que são cristais uniaxiais
3. O que são cristais biaxiais
4. Comparação lado a lado - cristais uniaxiais x biaxiais em forma de tabela
5. Resumo

O que são cristais uniaxiais?

Um cristal uniaxial é um elemento óptico que possui um único eixo óptico. Em outras palavras, um cristal uniaxial tem um eixo de cristal diferente dos outros dois eixos cristalográficos. Ex: n_uma= n_b≠ n_c. Esse eixo exclusivo é conhecido como um eixo extraordinário. Quando um feixe de luz passa através de um cristal uniaxial, esse feixe de luz se divide em duas frações, como o raio comum e o raio extraordinário. O raio comum (o-ray) passa pelo cristal sem nenhum desvio. O extraordinário raio (raio eletrônico) se desvia na interface ar-cristal.

Existem duas formas de cristais uniaxiais denominados como cristal uniaxial negativo e cristal uniaxial positivo. Se o índice de refração do raio-x (n_o) é maior que o do raio eletrônico (ne), então é um cristal uniaxial negativo. Mas se o índice de refração do e-ray (n_e) é menor que a do raio eletrônico, então é um cristal uniaxial positivo (índice de refração é a razão entre a velocidade da luz no vácuo e a velocidade no cristal). Exemplos de cristais uniaxiais negativos incluem calcita (CaCO₃), rubi (Al₂O₃), etc. Exemplos de cristais uniaxiais positivos incluem quartzo (SiO₂), sellaita (MgF₂), rutilo (TiO₂) etc.

O que são cristais biaxiais?

Um cristal biaxial é um elemento óptico que possui dois eixos ópticos. Quando um feixe de luz passa através de um cristal biaxial, o feixe de luz se divide em duas frações, sendo ambas as frações ondas extraordinárias (dois raios-e). Essas ondas têm direções diferentes e velocidades diferentes. As estruturas cristalinas, como ortorrômbicas, monoclínicas ou triclínicas, são sistemas de cristais biaxiais.

Os índices de refração para um cristal biaxial são os seguintes:

1. O menor índice de refração é α (a direção correspondente é X)
2. O índice de refração intermediário é β (a direção correspondente é Y)
3. O maior índice de refração é γ (a direção correspondente é Z)

Figura 01: A Indicatriz de um Cristal Biaxial. (Indicatrix é uma superfície elipsoidal imaginária cujos eixos representam os índices de refração de um cristal para luz seguindo diferentes direções em relação aos eixos de cristal)

No entanto, essas direções ópticas e índices de refração são diferentes dos eixos cristalográficos da natureza do sistema cristalino.

• Sistema de cristais ortorrômbicos - as direções ópticas correspondem aos eixos cristalográficos. Ex: as direções X, Y ou Z (índices de refração α, β e γ) podem ser paralelas a qualquer um dos eixos cristalográficos (a, b ou c).
• Sistema de cristal monoclínico - uma das direções X, Y e Z (índices de refração α, β e γ) é paralela ao eixo cristalográfico b, enquanto as outras duas direções não são paralelas a nenhuma direção cristalográfica.
• Sistema de cristais triclínicos - nenhuma das direções ópticas coincide com os eixos cristalográficos.

Existem dois tipos de cristais biaxiais, como cristal biaxial negativo e cristais biaxiais positivos. Os cristais biaxiais negativos têm seus β mais próximos de γ que de α. Os cristais biaxiais positivos têm seu β mais próximo de α do que de γ.

Qual é a diferença entre cristais uniaxiais e biaxiais?

Cristais uniaxiais vs biaxiais
Um cristal uniaxial é um elemento óptico que possui um único eixo óptico.	Um cristal biaxial é um elemento óptico que possui dois eixos ópticos.
Forma negativa
Um cristal uniaxial negativo tem o índice de refração do o-ray (no) maior que a do raio eletrônico (ne).	Um cristal biaxial negativo tem seu β mais próximo de γ do que α.
Divisão do feixe de luz
Quando um feixe de luz passa através de um cristal uniaxial, o feixe de luz se divide em dois raios denominados raio comum (o-ray) e extraordinário (raio E).	Quando um feixe de luz passa através de um cristal biaxial, o feixe de luz se divide em dois raios, sendo ambos raios extraordinários (raios eletrônicos).
Forma positiva
Um cristal uniaxial positivo possui o índice de refração do e-ray (ne) é menor que o do raio eletrônico (ne).	Um cristal biaxial positivo tem seu β mais próximo de α do que de γ.
Exemplos
Quartzo, calcita, rutilo, etc.	Todos os sistemas de cristais monoclínicos, triclínicos e ortorrômbicos

Resumo - Cristais uniaxiais vs biaxiais

Cristais são substâncias cujos átomos são organizados de maneira bem ordenada. Além disso, esses dois cristais são de dois tipos: cristais uniaxiais e cristais biaxiais, com base no número de eixos ópticos presentes na estrutura do cristal. A diferença entre os cristais uniaxiais e biaxiais é que os cristais uniaxiais têm um único eixo óptico, enquanto os cristais biaxiais possuem dois eixos ópticos.

Referência:

1. "Eixo óptico de um cristal". Wikipedia, Wikimedia Foundation, 22 de abril de 2018. Disponível aqui 
2. "Cristal Uniaxial". Wikipedia, Wikimedia Foundation, 10 de abril de 2018. Disponível aqui

Cortesia da imagem:

1. 'Indicatrix biaxial' Por Strickja - Obra própria, (CC0) via Commons Wikimedia