Cristalografia - MIGUEL

(1)

CAPÍTULO

II

INTRODUCCIÓN

1.1.

1.1. Historia Historia de de la la CristalografíaCristalografía

La Cristalografía, ciencia que estudia los cuerpos cristalinos (griego: Kristallos + grafo = cristal + descripción), fue ya vislumbrada por los griegos que determinaron al agua helada como cristal, que se formaba cuando el agua se congelaba y se petrificaba. Al cuarzo transparente se le llama cristal rocoso. Esta interpretación fue válida hasta la Edad Media. Hoy en día cristal es todo mineral con formas poliédricas. Las primeras investigaciones buscaban una utilización industrial, y fueron los filósofos los primeros en tener curiosidad por los minerales, pensando que tenían poderes curativos (300-200 a.C.). Perilitón fue el primero en descubrir la angulosidad de los cristales. En 60 d.C. un farmacéutico habla de las formas poliédricas, también habla de la cristalización del sulfato y la especial rotura de algunos minerales. En esa época otro autor habla de las caras hexagonales del cuarzo, un peculiar tipo de yeso que aparece en forma de cabello.

El 1º texto serio escrito aparece sobre 1556 por George Agrícola, en

una de sus obras “De Natura Fossilium” donde reconoció la

importancia de las formas geométricas. A partir del siglo XVI empieza a aparecer como ciencia. Kepler hace un estudio de los cristales de nieve, los cuales fueron seguidos por Cook, midiendo la distancia entre ángulos. Steno dedujo la “ley de constancia de ángulos” diedros, empleando términos usados hoy en día. Y ya aparece como ciencia. Romé de L´Isle conoce un catálogo de minerales, a partir del cuál, fundamenta la existencia de formas regulares propias de los minerales.

Haüy René-Just (1743-1822) cristalógrafo francés, fundador de la cristalografía, habla de la exfoliación, rompiendo varias veces la calcita forma láminas cada vez más pequeñas. Dice que cada mineral tiene un núcleo “forma primitiva”, por la exfoliación podemos encontrarla “moléculaelemental” que tendrá la composición del mineral; él decía que estaba formada por un múltiplo de esa molécula elemental. Estas moléculas están colocadas de forma ordenada, lo que ahora se conoce como celda unitaria.

A

A la cristalografía la cristalografía se centraliza se centraliza en:en:

1. Cristalografía elemental: los cristales son considerados como agregados de esa molécula elemental: a) Escuela alemana

(2)

2

Cristalografía de Especies Minerales

Miller se estudia desde la matemática, b) Escuela francesa se estudia desde lo experimental, los fenómenos isomórficos (composición varia y la forma permanece) y polimorfos (igual composición y distinta forma) fueron descubiertos en el siglo 19 y llevará a la teoría de las redes cristalinas de Bravais.

2. Cristalografía roetnográfica: sobre 1910, se pensó en los cristales para la difracción de los rayos X y aparece la teoría de las redes moleculares. Consideran el cristal formado por partículas ordenadas. Un año después Bravais simplifica este estudio llevándolo a las matemáticas.

3. Cristalografía estructural: se reúne la escuela alemana y francesa, definiendo las redes y estableciendo el estudio de medios cristalinos. Combinando los elementos en el espacio. En el cristal tiene tanta importancia la materia como la ordenación. Barlow también habla de esferas, los átomos, empaquetados donde hay huecos, y también habla de los enlaces. Los cristales van a depender de los átomos que los forma y los enlaces que los unen. Los átomos están empaquetados de forma ordenada.

Desde el punto de vista geológico se sabe que la mayor parte de los minerales presentes en la corteza terrestre se encuentran en estado sólido cristalino, caracterizado por un ordenamiento atómico regular. Por otra parte, la cristalografía también se encarga del crecimiento, de la forma y de la geometría de los cristales. Los griegos ya determinaron el hielo como un cristal. Pocos son de hecho los minerales considerados amorfos, es decir, carentes de ordenamiento atómico regular.

1.2.

1.2. Formación Formación de de mineralesminerales

La formación de los minerales es el resultado de una serie de procesos físicos y químicos que se verifican en todas las épocas geológicas y que aún continúan manifestándose.

Así pues, un mineral es una sustancia natural de carácter inorgánico, que posee una estructura atómica definida de elementos químicos de los cuales está formado, dando lugar al crecimiento de superficies planas o caras, pero si dicho mineral se ha podido desarrollar en condiciones ideales y sin impedimentos, podremos apreciar que se ha desarrollado siguiendo el patrón de conocidas y no tan conocidas formas geométricas. Ahora es cuando se le puede llamar cristal a dicha formación. También tienen una estructura química definida.

(3)

gue anar co paza

El crecimiento de un mineral viene marcado por una serie de condiciones tales como:

· Presión:Presión: Cada mineral es diferente de otro así que si solo se formará en ciertos intervalos de presión.

· Contenido:Contenido: Es la base del mineral. Se tiene que dar cierta concentración de elementos químicos para que se forme ya que de lo contrario no lo hará.

· Temperatura:Temperatura: Es como la presión. Si no está dentro de cierto intervalo de temperatura el mineral no crecerá.

· Espacio:Espacio: Un mineral casi siempre puede cristalizar. Otra cosa es que nos dé formas geométricas cristalinas o mineral masivo. Dependerá del espacio que tenga el fluido rico en mineral a cierta temperatura y presión para que desarrolle una forma.

· Tiempo esencial:Tiempo esencial: Un mineral en condiciones naturales, aparte de la halita (sal común) y otros minerales, tiende a tardar muchos años, miles incluso millones para llegar a formar cristales. Depende del tiempo pues, si un mineral es pequeño de tamaño o grande.

Las propiedades físicas de un cristal dependen de la composición química y de la estructura cristalina; se dividen en escalares y vectoriales.

Las escalares son independientes de la dirección y se representan con un solo dato, mientras que las propiedades vectoriales varían al cambiar la dirección en la cual se determinan y se representan con vectores.

Los primeros estudiantes de la historia natural adscribieron todas las sustancias que aparecen en la naturaleza a tres “reinos”: animal, vegetal y mineral. Dado que los colores brillantes, la regularidad de forma, transparencia y otras propiedades físicas visibles han llamado siempre la atención, no es de extrañar que los minerales, con gran diversidad de colores y formas, hayan sido uno de los primeros objetos de estudio del hombre primitivo. Aunque el desarrollo de la mineralogía es relativamente reciente, los minerales, cristales y rocas fueron los primeros materiales usados en el desarrollo de la civilización. La cristalografía es la ciencia que estudia las estructuras cristalinas. Su etimología proviene del griego Kristallos que significa cristal.

(4)

4

Los minerales cristalizan de una forma determinada, es decir, que cuando las condiciones son favorables, cada elemento químico contenido en un fluido tiende a cristalizar en una forma característica. Por ejemplo, la sal normalmente suele formar cristales cúbicos, mientras que el granate suele aparecer con más frecuencia en forma de cristales dodecaedros, 12 caras, o cuerpos de 24 caras, y a veces también puede aparecer en forma de cristales cúbicos.

En la mayoría de casos, los minerales, a pesar de sus diferentes formas de cristalización, cristalizan siempre con una misma clase y sistema.

Teóricamente se pueden encontrar treinta y dos clases diferentes de estructuras cristalinas, pero en la realidad sólo alrededor de 14 estructuras son las que se encuentran comúnmente. Las treinta y dos clases se agrupan en siete sistemas cristalinos, caracterizados por la longitud y posición de sus ejes. Los minerales que comparten un mismo sistema comparten muchas características similares de simetría y forma cristalina, así como muchas otras propiedades importantes.

1.3. Concepto de Mineralogía 1.3. Concepto de Mineralogía

La Mineralogía es una ciencia, rama de la historia natural, que tiene por objeto el estudio de aquellos cuerpos inorgánicos llamados minerales, los cuales, ya sea individualmente o en conjunto con otros minerales, constituyen las grandes masas de rocas que forman la corteza terrestre y la de otros cuerpos celestes, tal como se ha comprobado en los fragmentos de los meteoritos que cayeron a la Tierra.

1.4.

1.4. Definición Definición de de MineralMineral

La definición de mineral ha sido, durante mucho tiempo, bastante ambigua y se han catalogado como minerales muchos materiales geológicos de diversa naturaleza.

Un mineral es un sólido homogéneo por naturaleza con una composición química definida (pero generalmente no fija) y una disposición atómica ordenada. Normalmente se forma mediante un proceso inorgánico.

Un análisis actualizado de esta definición ayudará a su comprensión: cuando decimos por naturaleza estamos distinguiendo entre sustancias formadas por procesos naturales y sustancias sintetizadas en el laboratorio. Los laboratorios industriales y de investigación

(5)

gue anar co paza

producen rutinariamente equivalentes sintéticos de muchos productos naturales incluyendo piedras preciosas de valor, como pueden ser las esmeraldas, rubíes, y diamantes. Desde principios del siglo XX, los estudios mineralógicos se han apoyado mucho en los resultados de los sistemas sintéticos, en los cuales los productos obtenidos son exactamente iguales a los producidos naturalmente. Esta práctica es generalmente aceptada, aún cuando esté en desacuerdo con la estricta interpretación del proceso natural. En este texto universitario denominamos

denominamos mineral a una sustancia formada por proceso natural. Podemos ahora preguntarnos cómo debemos referirnos al CaCO3 (calcita) que a veces se forma en las canalizaciones de agua en una ciudad, formando depósitos concéntricos. La precipitación en el agua de este material es un proceso natural, pero sucede en un sistema realizado por el hombre. La mayoría de los mineralogistas se refieren a este material por su nombre mineral, calcita, como si no existiese una contribución humana en su formación.

La definición de mineral también establece que un mineral es un sólido homogéneo. Esto significa que consta de una única sustancia sólida que no puede ser subdividida físicamente en simples componentes químicos.

La cualidad de sólido excluye a los gases y líquidos. Por tanto H2O en forma de hielo en un glaciar es un mineral, pero el agua en sí misma no lo es. De la misma manera el mercurio líquido, que se encuentra en algunos depósitos de mercurio, no debe ser considerado como un mineral si aplicamos estrictamente la definición de éste. Sin embargo, en una clasificación de los materiales naturales todas las sustancias que se comportan como minerales en química se denominan mineraloides

mineraloides y se encuentran dentro del término del mineralogista. El hecho de que un mineral debe tener una composición químicacomposición química definida

definida implica que éste puede expresarse mediante una fórmula química específica (por lo que es denominado especie mineral). Por ejemplo, la composición química del cuarzo se expresa de la forma SiO2. El cuarzo sólo contiene a los elementos químicos, silicio y oxígeno, y tiene una fórmula definida.

En concreto, la siguiente definición especifica, de una forma muy clara, qué son y qué no son los minerales.

1.4.1. Composición química definida:

1.4.1. Composición química definida: Los minerales son sustancias químicas formadas por uno o más elementos. Cada sustancia tiene su fórmula química. La fórmula es la expresión cuantitativa de la

(6)

6

composición de una sustancia. Se admite que pequeñas variaciones en la fórmula no afectan decisivamente a la naturaleza de una sustancia. Por ello, también se admite que la composición química de un mineral puede moverse dentro de ciertos límites, siempre y cuando, como ya se ha dicho, ello no cambie de forma decisiva sus propiedades y su estructura.

1.4.2. Estructura cristalina:

1.4.2. Estructura cristalina: Salvo en algunos casos, las sustancias químicas presentan un ordenamiento periódico en los átomos y moléculas. Si el ordenamiento periódico permanece en todo el espacio que ocupa la sustancia, se dice que está cristalizada. Pero si no se observa una disposición periódica y ordenada de las entidades se dice que la sustancia no está cristalizada o que es amorfa.

Hay que mencionar ciertas sustancias no sólidas en condiciones normales, cuya situación en el mundo mineral ha sido muy cuestionada (mercurio, agua, ClH, FH, SO2, SH2, SO4H2, etc.). En la actualidad la polémica parece zanjada, al no exigirse que los minerales sean sólidos y, por lo tanto, estas y otras sustancias que se encuentran en los medios naturales inorgánicos, son consideradas minerales o sustancias minerales aunque, eso sí, un tanto especiales.

A las estructuras cristalinas se describen como materiales cristalinos de aquellos cuerpos sólidos cuyos elementos constitutivos se repiten de manera ordenada y paralela y cuya distribución en el espacio muestra ciertas relaciones de simetría. Así, la propiedad característica y definidora del medio cristalino es ser periódico, es decir, que a lo largo de cualquier dirección, y dependiendo de la dirección elegida, la materia que lo forma se halla a distancia específica y paralelamente orientada. Además de ésta, otras propiedades características son la homogeneidad y la anisotropía.

Por tanto, el cristal está formado por la repetición monótona de agrupaciones atómicas paralelas entre sí y a distancias repetitivas específicas (traslación). La red cristalinared cristalina es una abstracción del contenido material de este medio cristalino, y el tratarlo únicamente en función de las traslaciones presentes constituye la esencia de la teoría de las redes cristalinas.

1.4.3. Propiedades características:

1.4.3. Propiedades características: El hecho de poseer una determinada composición y una determinada estructura confiere a todas las sustancias una serie de propiedades físicas y químicas, que son la manifestación macroscópica de su naturaleza atómica y molecular.

(7)

gue anar co paza

1.4

1.4.4. .4. NomNomenclenclatuatura ra miminerneral: al: HH aa ss tt aa 1990 se conocían 3,304 especies minerales y su número sigue aumentando cada año. Hasta no hace mucho tiempo no existían acuerdos internacionales, sobre la denominación, formulación y clasificación de los minerales. Actualmente, la I.M.A. (International Mineralogical Association),

intenta poner orden en este tema y por ello existe la C.N.M.M.N. (Comisión de Nombres de Minerales y Minerales Nuevos) que se encarga de unificar la nomenclatura, formulación y clasificación de los minerales. Es de destacar la labor realizada por esta comisión, para clarificar la Mineralogía de los Filosilicatos y los Inosilicatos.

A lo largo de la Historia se han empleado muchas denominaciones para rocas, minerales y variedades, algunas de las cuales han dado lugar a numerosas confusiones que todavía pueden darse. Por un lado existen especies con más de un nombre (blenda y esfalerita, hematita y oligisto, idocrasa y vesubiana, titanita y esfena, etc.). Por otro lado, en muchos casos, no está muy claro cuando se habla de variedades y de especies. Por ejemplo, la esmeralda no es más que una variedad del berilo, pero es más conocido el nombre de la esmeralda que el del berilo y muchas personas desconocen la verdadera naturaleza de esta gema.

Hoy en día se usan nombres de minerales con etimologías muy diversas. Se conservan una buena parte de los nombres conocidos en la época griega y romana, como cinabrio, cobre, plata, amatista, etc., pero el número de especies conocidas por entonces era muy reducido. Hasta el siglo XVIII no se conocían muchas especies, pero coincidiendo con el desarrollo de la Química, se empezaron a conocer nuevas especies cuyos nombres tienen una etimología muy variada en la que siguen predominando las raíces griegas y latinas, pero también aparecen nombres relacionados con personajes, con los lugares donde se han encontrado (toponímicos), etc. Más recientemente son frecuentes los nombres con raíces anglosajonas, germánicas, eslavas y francesas. La influencia de las abreviaturas ha llegado también al mundo mineral y se emplean las iniciales de los elementos constituyentes. Un ejemplo de este caso lo constituye la Banalsita (BaNa2 Al4Si4O16). Por convenio, se usa la terminación "ita" referida al término griego "lithos" que significa piedra.

De modo anecdótico, hay que mencionar que durante el siglo XVIII Linneo intentó dar una nomenclatura similar a la que había dado a los vegetales y a los animales basándose en los conceptos de género y especie. Esta nomenclatura no tuvo mucho éxito y dejó de usarse durante el siglo XIX.

(8)

8

En algunos libros españoles se ha intentado castellanizar los nombres con una transcripción fonética que ha conducido a cierta confusión. Modernamente se aceptan, incluso por la Real Academia Española de la Lengua, los nombres que provienen de lenguas extranjeras e incluso del griego y latín, con pequeñas adaptaciones al castellano que se encuentran debidamente reglamentadas.

1.4.5. Nombre de los minerales:

1.4.5. Nombre de los minerales: Los minerales se clasifican normalmente en función del principal componente químico (un anión o complejo aniónico) presente en el mineral en óxidos, sulfuros, silicatos, carbonatos, fosfatos, etc. Esto es muy útil porque la mayoría de los minerales contiene sólo un anión principal. De todas formas, al nombrar un mineral no siempre se ha utilizado este esquema químicamente lógico.

La descripción detallada y la identificación de los minerales requieren frecuentemente técnicas altamente especializadas, como el análisis químico y la medida de propiedades físicas, como la densidad, las propiedades ópticas y los parámetros de rayos X que están relacionados con la estructura atómica de los minerales. Sin embargo, en la nomenclatura de minerales no hay una regla científica fija. A los minerales se les ha ido nombrando en función de algunas propiedades físicas, o según un aspecto químico, o se les ha puesto un nombre del lugar donde se les ha encontrado, o de un personaje famoso, de un mineralogista, o cualquier otra consideración que resultará apropiada. A continuación se citan algunos ejemplos de nombres de minerales. Albita (NaAlSi3O8) del latín, Albus (blanco), en alusión a su color.

Rodonita (MnSiO3) del griego, rhodon (una rosa) en alusión a su color rosa característico.

Cromita (FeCr 2O4) ya que existe una gran cantidad de cromo en este mineral.

Magnetita (Fe3O4) debido a sus propiedades magnéticas.

Franklinita (ZnFe2O4), de la localidad, Franklin, New Jersy, en donde es el mineral de Zn dominante.

Sillimanita (Al2SiO5), en honor del profesor Benjamin Silliman, de la Universidad de Yale.

Tampoco hay que olvidar los minerales y variedades que presentan etimologías de srcen español, como aragonito, jarosita o andalucita.

(9)

gue anar co paza

Aunque también hay que reconocer que ciertos nombres ya no se emplean o corresponden a especies y variedades que poseen otro nombre internacionalmente admitido, como la almerita que se conoce normalmente como natroalunita

El Glosario de especies mineralesGlosario de especies minerales, publicado en 1991 por Michael Fleischer relaciona los nombres recomendados internacionalmente para unos 3,500 minerales distintos.

1.5. Concepto de Especie Mineral 1.5. Concepto de Especie Mineral

Especie Mineral es una sustancia natural y homogénea, de srcen inorgánico, con una composición química definida, dentro de ciertos límites, formado en la naturaleza a través de fenómenos inorgánicos, que posee unas propiedades características y que, generalmente, tiene estructura cristalina.

Como consecuencia de la definición de especie mineral se establecen dos conceptos: Constituyen especies minerales diferentes las distintas estructuras que puede adoptar una misma sustancia química, la cual se dice que es POLIMORFA. Por ejemplo, el grafito y el diamante son polimorfas del carbono. Cada una de estas especies tendrá diferentes propiedades. Cuando dos sustancias distintas presentan estructura semejante, se dice que son ISOMORFAS. Por ejemplo, son isomorfas la halita y la silvina.

1.6. División de la Mineralogía 1.6. División de la Mineralogía

La Mineralogía, para el estudio ordenado de los minerales, se ocupa de los caracteres o cualidades generales que les son propicios; es por consiguiente, un estudio general de las propiedades que poseen todos los minerales, sin referirse a ninguna de ellos en forma especial; y enseguida, trata del estudio, descripción y clasificación de cada especie mineral en particular.

De aquí nace la primera gran división de la Mineralogía en:  Mineralogía General.

 Mineralogía Especial. A.- La Mineralogía General

A.- La Mineralogía General, según los caracteres que toma en cuenta para el estudio de las especies minerales, se dividen en:

 Cristalografía.  Mineralogía Física.

(10)

10

1.

Cristalografía.-1. Cristalografía.- Es la parte de la Mineralogía General que estudia los cristales considerándolos como poliedros geométricos; investiga y analiza las relaciones de sus diversos elementos y la relación entre la forma geométrica y la estructura internas de los cristales.

2. Mineralogía

Física.-2. Mineralogía Física.- Estudia las propiedades físicas generales de los cristales tales como: peso específico, dureza, brillo, transmisión de la luz, conductividad calorífica, etc., propiedades que unas son dependientes de la estructura cristalina y toman el nombre de propiedades direccionales y otras que son independientes de tal estructura.

Las propiedades físicas de los minerales constituyen una importante ayuda a la hora de identificarlos y caracterizarlos. La mayor parte de las propiedades físicas pueden reconocerse a simple vista o determinarse por medio de pruebas sencillas. Las propiedades más importantes incluyen el rayado, el color, la fractura, el clivaje, la dureza, el lustre, la densidad relativa y la fluorescencia o fosforescencia.

3. Mineralogía

Química.-3. Mineralogía Química.- Estudia la aplicación de los métodos de investigación de la química, para el reconocimiento de los minerales y sus caracteres como compuestos químicos.

También hay otros caracteres propios de los minerales y que dependen de la forma como se encuentran asociados en la corteza terrestre, a los cuales se denominan“caracteres“caracteres geológicos”.geológicos”.

Su estudio da como resultado el conocimiento de la formación de los minerales y de las transformaciones que experimentan. Estos caracteres son los que mayor aplicación tienen en las investigaciones mineras, constituyendo la base de las operaciones de síntesis mineralógicas que se realizan en los laboratorios.

La composición química es la propiedad más importante para identificar los minerales y para distinguirlos entre sí. El análisis de los minerales se realiza con arreglo a unos métodos normalizados de análisis químico cuantitativo y cualitativo. Los minerales se clasifican sobre la base de su composición química y la simetría de sus cristales. Aunque la clasificación química no es rígida, las diversas clases de

compuestos químicos que incluyen a la mayoría de los minerales son las siguientes: nativo, sulfuros, sulfosales, óxidos, haluros, carbonatos, fosfatos, sulfatos, silicatos.

(11)

gue anar co paza

B.- Mineralogía Especial o Descriptiva,

B.- Mineralogía Especial o Descriptiva, se ocupa de la clasificación de los minerales y la descripción de cada especie con sus variedades, especialmente en sus relaciones a las especies afines, desde el punto de vista de su forma cristalina, sus caracteres físicos y químicos; la forma como se hallan en la naturaleza.

1.7. Relación de la Mineralogía con otras ciencias 1.7. Relación de la Mineralogía con otras ciencias

La Mineralogía se ocupa, del estudio de las especies minerales simples; dejando para la Petrología el estudio de las rocas, las cuales se constituyen por la agrupación o reunión, bajo diferentes condiciones, de las especies minerales.

La Mineralogía se ocupa sólo de minerales que se presentan en la naturaleza, mientras que la Química Mineral trata de aquellos que se obtienen en los laboratorios o en los hornos de fundición y a las cuales se les denomina“minerales“minerales artificiales”.artificiales”.

Deducimos la estrecha relación que existe entre la Mineralogía y las dos ciencias afines. La relación entre la ciencia que nos ocupa con la geología, que es la rama del saber humano que investiga el srcen de las rocas, la posición que ocupan, su cronología relativa y las transformaciones que han sufrido con el transcurso de los años.

Por otra parte, la mineralogía necesita de la ayuda y colaboración de la Física y de la Matemática. La primera, al usarse una serie de instrumentos de física, tales como los goniómetros, microscopios, etc., y la segunda, por sus aportes en el cálculo cristalográfico y en los estudios analíticos y gráficos de las formas cristalinas.

1.8. Importancia de la Mineralogía 1.8. Importancia de la Mineralogía

No existe una sola rama de la industria en la que no se empleen unos u otros recursos minerales en forma de materia prima o de productos semielaborados. Es la base de la metalurgia, la construcción de maquinarias, de barcos, de vías férreas, de puentes, de las obras de hormigón armado, del equipamiento de las minas, de la fabricación de artículos de gran consumo, etc.

En el proceso de la metalurgia no ferrosa, en la industria de la electricidad, la construcción de buques y aviones, la fabricación de maquinaria y otras ramas de la industria corresponde un lugar importante a los llamados metales no ferrosos, extraídos de los minerales de cobre, zinc, plomo, aluminio, níquel y cobalto. Tienen

(12)

12

excepcional importancia militar los llamados metales raros. El wolframio y el molibdeno, así como el titanio, vanadio, cobalto, etc. El desarrollo de la agricultura guarda relación con el empleo de fertilizantes minerales: potásicos (sales de potasio), fosfóricos (apatitas, fosforitas), nitratos (salitre), etc.

La industria química funciona principalmente a base de materias primas minerales. Por ejemplo: en la producción de ácido sulfúrico y compuestos afines se emplean las piritas (ricas en azufre), y los minerales como el azufre nativo, el salitre, la fluorita, los minerales de boro, potasio, sodio, magnesio, mercurio, etc., se emplean en la fabricación de preparados químicos; en la producción de caucho se emplean azufre, talco y barita; para la fabricación de materiales refractarios y anticorrosivos se necesitan asbesto, cuarzo, grafito, etc.; la industria de pinturas, esmaltes y barnices consume galena, esfalerita, baritina, minerales de titanio, cobre, hierro, arsénico, mercurio, cobalto, boro, crisolito, ortoclasa y circón; en la fabricación de papel se emplean talco, caolín, azufre, alunitas, magnesita, etc. La sal gema y de cocina es indispensable para la alimentación del hombre. Varios minerales y productos de su tratamiento químico se emplean como medicamentos (la mirabilita, las aguas minerales, las sales de bismuto, de bario, de boro, de yodo, etc.). Con fines terapéuticos se aprovechan las fuentes termales (de aguas sulfurosas, carbonatadas, ferrosas, salinas, etc.) y los limos naturales.

En la medicina y en varias ramas de la industria se usan sustancias radiactivas extraídas de los minerales radiactivos o los isótopos de varios elementos químicos, obtenidos por vía artificial.

Corresponde un papel importante en la vida del hombre a las distintas piedras. Además de las piedras preciosas, usadas como adornos y en la fabricación de objetos artísticos, muchas piedras de color se emplean para el revestimiento de los muros de las casas. Los mejores edificios del país y del mundo se adornan con rodonita rosada, jaspes de distinto color, mármoles y cuarcitas. El cuarzo, espato de Islandia, mica, turmalina y fluorita se emplean en la fabricación de aparatos ópticos. El ágata, corindón, circón y otros minerales duros sirven para hacer cojinetes de relojes y otros aparatos de precisión. El diamante (carbonado), corindón, granate y cuarzo se emplean como abrasivos para pulimentar superficies. Los minerales blandos y grasos (el talco y el grafito) se usan para el relleno y el engrase de las piezas en fricción, etc.

(13)

gue anar co paza

En los últimos tiempos, al ser resuelto el problema de la liberación de colosales cantidades de energía nuclear obtenida en las pilas-reactores a base del uranio, han surgido posibilidades extraordinarias para la utilización industrial de la misma con fines pacíficos. En la actualidad existen ya motivos para pensar en el enorme efecto económico que promete el aprovechamiento de las reacciones termonucleares, en las que, con ayuda del litio, se sintetiza el helio a partir del hidrógeno pesado (el deuterio y el tritio) con desprendimiento de una energía gigantesca.

De esta relación, que no es completa, ni mucho menos, del empleo de los minerales y productos obtenidos mediante su transformación industrial, se infiere la enorme importancia que tienen las materias primas minerales para la economía nacional.

El conocimiento de la mineralogía tiene mucha importancia en las labores de prospección y exploración. Para el éxito de dichas labores es necesario ante todo saber determinar con precisión los minerales, conocer las condiciones en que se hallan en la naturaleza, las leyes y regularidades de su asociación mutua.

Además, varias propiedades de los minerales, revisten mucha importancia para el estudio de los métodos geofísicos de exploración y prospección (magnetométricos, eléctricos, gravimétricos).

El estudio de las características cualitativas de las menas de los yacimientos en exploración es uno de los objetivos principales de los geólogos de mina. Sin conocer la mineralogía no se puede cumplir esa misión, y que reviste particular importancia para orientar debidamente las labores de explotación. En muchos casos, antes de la fundición o tratamiento tecnológico, las menas se someten a la beneficiación mecánica en fábricas especiales, es decir, se separan de la ganga, de las materias inútiles y se clasifican en distintos concentrados según su composición.

Tiene mucha importancia el tamaño de los granos de los minerales que componen la mena y el carácter de su unión. En la solución de estos problemas corresponde un papel relevante a las investigaciones mineralógicas especiales que se llevan a cabo en laboratorios mineralógicos de los institutos de beneficiación de las menas.

Sin embargo, cualquier geólogo que domine la metodología de las investigaciones mineralógicas, al estudiar con fines concretos la composición mineral y la estructura de las menas, puede determinar de

(14)

14

antemano la conducta de una u otra mena en el proceso de su beneficiación y señalar sus causas.

Así, el estudio mineralógico de los yacimientos es importante no sólo para la prospección y exploración, sino para todas las industrias de extracción y transformación de los minerales.

(15)

formando una estructura policristalina, aparentemente amorfa.

CAPÍTULO

IIII

CRISTALOGRAFÍA

2.1. INTRODUCCIÓN 2.1. INTRODUCCIÓN

La cristalografía que es la ciencia que se dedica al estudio de estructuras cristalinas, la cristaloquímica estudia la relación entre la composición química, la disposición de los átomos y los enlaces entre éstos que determinarán la fuerza con la que están unidos. Esta relación determina las propiedades físicas y químicas de los minerales.

Los átomos del cristal se estructuran de una determinada manera cuya disposición se puede llegar a conocer por el método de difracción de rayos X, es decir, se analizan los patrones de difracción de una muestra cristalina al irradiarla con un haz de rayos X. La estructura cristalina también se puede estudiar mediante la microscopía electrónica. Cómo ya se ha mencionado, los átomos se estructuran de una manera determinada, siendo ésta en redes basadas en la repetición tridimensional de sus componentes. De esta repetición surge la célula ocelda cristalinacelda cristalina. La clasificación de los cristales se interpreta según sean las propiedades de simetría de la celda. Estas propiedades de simetría también pueden observarse a nivel microscópico de los cristales, en el momento en que empecemos a notar formas geométricas o planos de fractura. El estudio de la cristalografía depende casi en su totalidad de un cierto conocimiento del grupo de simetría. El empleo de estas celdas nos facilita la caracterización de las estructuras cristalinas, limitando a tan solo 7 las diferentes estructuras. Por otra parte, los materiales al estar formados por átomos nos encontramos ante la necesidad de saber cómo se agrupan estos dentro de las celdas. Para conseguir este objetivo hay que considerar una entidad que represente al átomo o a un grupo de éstos, a la que se denomina punto reticular punto reticular . El siguiente paso es buscar todas las posibilidades que hay de colocar puntos reticulares en cada uno de los siete sistemas cristalinos, de forma que cada punto reticular esté rodeado del mismo número de puntos reticulares (llamados también nodos) y estos se sitúen en las mismas posiciones.

La mayor parte de los sólidos de la naturaleza son cristalinos lo que significa que los átomos, moléculas o iones que los forman se disponen ordenados geométricamente en el espacio. Esta estructura ordenada no se aprecia en muchos casos a simple vista porque están formados por un conjunto de microcristales orientados de diferentes maneras

(16)

16

Este "orden" se opone al desorden que se manifiesta en los gases o líquidos. Cuando un mineral no presenta estructura cristalina se denomina amorfo.

LaCristalografíaCristalografía es la ciencia que estudia las formas y propiedades fisicoquímicas de la materia en estado cristalino.

El conjunto de elementos de simetría de un objeto que pasan por un punto, definen la simetría total del objeto (grupo puntual de simetría). Hay muchos grupos puntuales, pero en los cristales éstos han de ser compatibles con la periodicidad (repetitividad por traslación) por lo que hay sólo 32 posibles grupos puntuales que se denominan clasesclases cristalinas

cristalinas.

Combinando las dos traslaciones y el ángulo que forman entre sí, sólo hay 5 posibles formaciones de redes planas: paralelogramo, rectángulo, cuadrado, hexágono y rombo.

Si formamos una red espacial apilando estas redes planas, sólo existen 14 posibles formaciones que representan las formas más sencillas en que puede descomponerse la materia cristalina sin que por ello pierdan sus propiedades srcinales, son las llamadas Redes de Bravais.

Los cristales presentan formas más o menos regulares con definición de aristas, caras y vértices. Internamente, están constituidos por partículas que guardan entre sí relaciones y distancias fijas; estos parámetros internos se estudian mediante rayos X, mientras que los externos se realizan midiendo los ángulos que forman sus caras. 2.2. CRISTALIZACIÓN

2.2. CRISTALIZACIÓN

Los cristales se forman a partir de disoluciones, fundidos y vapores. Los átomos de estos estados desordenados tienen una disposición al azar, pero al cambiar la temperatura, presión y concentración pueden agruparse en una disposición ordenada característica del estado cristalino.

Como ejemplo, de cristalización a partir de una disolución, consideraremos al cloruro sódico (sal común o halita) disuelto en agua. Si se deja que el agua se evapore, la disolución contiene cada vez más Na+

y Cl

-por unidad de volumen. Finalmente, se llegará a un punto en el cual la cantidad de agua presente no podrá retener toda la sal en solución y aquella empezará a precipitar. Si se preparan las condiciones de forma tal que la evaporación del agua se realice muy

(17)

gue anar co paza

lentamente, los guiones sodio y cloro, conforme se vayan separando de la solución, se irán agrupando, y gradualmente formarán uno o unos pocos cristales con formas características y a menudo con una orientación común. Si la evaporación es rápida, aparecen muchos centros de cristalización y los cristales resultantes serán pequeños y ordenados al azar.

Los cristales pueden formarse también a partir de una solución por descenso de la temperatura o de la presión. El agua caliente, por ejemplo, disolverá algo más de sal que la fría y si la solución caliente se deja enfriar, se llegará a un punto en que la solución se sobresaturará a su temperatura y la sal cristalizará. Por otra parte, cuanto mayor sea la presión a la que se someta el agua, mayor será la cantidad de sal que aquella podrá mantener en solución. Así, con el descenso de la presión de una solución saturada, se producirá una sobresaturación y consecuentemente se formarán cristales, Por lo tanto, en general, los cristales pueden formarse de una solución por la evaporación del disolvente, por el descenso de la temperatura o por el descenso de la presión.

Un cristal se forma también a partir de una masa fundida de la misma manera que a partir de una solución. El ejemplo más familiar de cristalización de una fusión es la formación de cristales hielo cuando el agua se congela. Aunque ordinariamente no se considera así, el agua es hielo fundido. Cuando la temperatura es suficientemente baja, las moléculas de agua que estaban libres para moverse en cualquier dirección ahora se quedan quietas y se disponen mutuamente en un orden definido para formar una masa sólida, cristalina. La formación de rocas ígneas de magmas fundidas, es un proceso más complicado, similar a la congelación del agua. En el magma hay muchos elementos disociados, pero existen igualmente en él un número considerable de enlaces cruzados de iones y grupos iónicos. El crecimiento de cristal en un magma que se enfría es el resultado de dos procesos que compiten entre sí: 1) las vibraciones térmicas que tienden a destruir el núcleo de minerales potenciales y 2) las fuerzas atractivas que tienden a congregar átomos (y/o iones) en estructuras cristalinas.

Aunque la cristalización a partir de un vapor es menos corriente que de una disolución o de una fusión, los principios básicos son muy parecidos para ambos. A medida que el vapor se enfría, los átomos o moléculas separadas se van aproximando entre sí, hasta formar eventualmente un sólido cristalino. Los ejemplos más familiares de este tipo de cristalización son la formación de copos de nieve a partir del aire saturado del vapor de agua y la formación de cristales de azufre en la base de las fumarolas o en el cuello de los volcanes.

(18)

18

2.3. CONCEPTO DE CRISTA

2.3. CONCEPTO DE CRISTALOGRLOGRAFÍAAFÍA

La cristalografía es la ciencia que estudia la estructura cristalina de los cuerpos (minerales) y su ordenación en redes o mallas, es decir, estudia el crecimiento, la forma y el carácter geométrico de los cristales. Ello implica el estudio de la forma externa y de la estructura interna de los cristales naturales.

La Cristalografía trata también del estudio de la geometría de la red cristalina, su simetría, leyes y su reflejo en la morfología externa de los cristales.

La disposición de los átomos en un cristal puede conocerse por difracción de los rayos X. La química cristalográfica estudia la relación entre la composición química, la disposición de los átomos y las fuerzas de enlace entre éstos. Esta relación determina las propiedades físicas y químicas de los minerales.

Cuando las condiciones son favorables, cada elemento o compuesto químico tiende a cristalizarse en una forma definida y característica. Así, la sal tiende a formar cristales cúbicos, mientras que el granate, que a veces forma también cubos, se encuentra con más frecuencia en dodecaedros o triaquisoctaedros. A pesar de sus diferentes formas de cristalización, la sal y el granate cristalizan siempre en la misma clase y sistema (cúbico).

En teoría son posibles 32 clases cristalinas, pero sólo una docena incluye prácticamente a todos los minerales comunes y algunas clases nunca se han observado. Estas 32 clases se agrupan en 7 sistemas cristalinos, caracterizados por la longitud y posición de sus ejes. Los minerales de cada sistema comparten algunas características de simetría y forma cristalina, así como muchas propiedades ópticas importantes.

2.4. OBJETIVOS

2.4. OBJETIVOS DE LDE LA CRISTA CRISTALOGRAALOGRAFÍAFÍA 2.4.1. Objetivo general.

2.4.1. Objetivo general.

Es el de proporcionar al estudiante los conceptos y principios básicos de cristalografía, química de cristales, química general, aspectos físicos de los minerales y conceptos de petrología introductorios, esenciales para comprender la génesis de los minerales, rocas y suministrar una referencia para la identificación rápida y certera de los minerales comunes en el campo y en el laboratorio.

(19)

gue anar co paza

2.4.2. Objetivos específicos 2.4.2. Objetivos específicos

1. Capacitar al estudiante para que comprenda la representación de las relaciones angulares de las caras cristalinas según tres o cuatro ejes de referencia.

2. Proporcionar la práctica en la clasificación de las caras cristalinas usando los índices de Miller, los cuales son recíprocos de los radios de intersección.

3. Proporcionar ejercicios para la representación de sólidos tridimensionales, geométricamente simétricos, en diagramas bidimensionales.

4. Capacitar al estudiante en la comprensión y reconocimiento mediante pruebas de las propiedades físicas de los minerales. 5. Capacitar al estudiante para la comprensión de los aspectos

químicos, físicos descriptivos y determinativos de los minerales. 2.5. CR

2.5. CRISTAISTALL

Es un poliedro cristalino adoptado por una sustancia química cuando pasa del estado líquido o gaseoso al sólido, bajo condiciones favorables y obedeciendo únicamente a sus propias fuerzas interatómicas.

En concreto, cristal es un sólido homogéneo que posee un orden interno tridimensional y se encuentra delimitado por superficies planas. Cualquier coleccionista de minerales o cualquiera que haya visitado exposiciones mineralógicas en museos, tiendas especializadas o vitrinas de una joyería conoce la belleza y atracción estética de los cristales bien constituidos. La mayor parte de estos cristales son el resultado del depósito químico de una disolución (o de un cuerpo fundido) en un espacio abierto, tal como una cavidad en una formación de rocas.

La pregunta que surge inmediatamente es: ¿cómo pueden tales cristales bien formados crecer desde formas pequeñas a otras más grandes?. En términos químicos podemos replantear la misma cuestión del modo siguiente: ¿cómo hacen los bloques básicos químicos (átomos, iones o grupos iónicos) para incorporarse al modelo cristalino bien ordenado?

(20)

20

La primera etapa del crecimiento de un cristal es lanucleaciónnucleación, según la cual el proceso sólo se inicia después de haberse formado un núcleo

núcleo (o semilla). Generalmente los núcleos son los productos iníciales de precipitación (en un ambiente acuoso) o de cristalización (en una masa fundida) para formar el modelo estructural regular inicial de un sólido cristalino. Por ejemplo, en un lago salino en evaporación, las condiciones pueden ser las apropiadas para la precipitación aleatoria de núcleos de NaCl. Esto significa que los iones Na+

y Cl -del agua del lago se combinan entre sí en una red cúbica regular de iones alternativos de Na+

y Cl

-como requiere la estructura del NaCl (halita o sal de roca). La formación de un solo cristal de halita viene generalmente precedida por la formación aleatoria de un gran número de núcleos potenciales. La mayor parte de estos núcleos no alcanzan el estado cristalino porque en una solución saturada (respecto a los iones Na+

y Cl

-) existe también una tendencia de los núcleos a regresar a la solución (para ser redisueltos). Esto es debido al hecho de que sus diminutos comienzos de una estructura ordenada tienen un área superficial muy grande respecto al volumen. Esta gran superficie implica que existen muchos átomos (sobre la superficie externa del cristal), con los enlaces químicos no compensados. Tal cristal (o grano mineral) con un área superficial grande es más soluble que un cristal (o grano mineral) de gran volumen, en el cual la mayor parte de los átomos son internos y tiene los enlaces químicos completamente compensados.

Para que un núcleo “sobreviva” es necesario que crezca con la suficiente rapidez para reducir su energía superficial (calculada a partir de la relación área superficial/volumen) y por tanto, su solubilidad. Si un núcleo alcanza un tamaño críticotamaño crítico por el depósito rápido de posteriores capas de iones, tendrá una alta probabilidad de sobrevivir formando un cristal mayor. Una imagen idealizada del crecimiento de un cristal sería el ensanchamiento del núcleo por el depósito ordenado de iones adicionales sobre sus superficies externas. La superficie sólida externa de un núcleo (o cristal) en contacto con una solución saturada representa una superficie de enlaces químicos no compensados. La energía de tal superficie disminuye al adherirse un átomo y la cantidad de energía liberada por esta adhesión depende del lugar donde ésta tiene lugar.

2.5.1. Orden Interno en los Cristales 2.5.1. Orden Interno en los Cristales

El orden interno o estructura cristalina de un mineral puede considerarse como la repetición de un motivo (o grupo de átomos)

(21)

gue anar co paza

3 4 3

sobre una red (que es una distribución periódica de puntos en el espacio). La red comprende la componente detraslación del ordentraslación interno, que será tratado en el capítulo correspondiente (orden interno y simetría). El motivo o grupo de átomos tiene una simetría que puede reflejarse en la forma externa del cristal.

El primer científico que demostró que la forma cristalina externa de un mineral (su morfología) era una expresión de su orden interno fue René-Just Haüy (1743-1826). Haüy acuñó la palabra“molécula” para designar lo que para él significaba el concepto moderno de celda unitaria. Una celda unitaria es la unidad más pequeña de una estructura (o modelo) que puede repetirse indefinidamente para generar todo el sistema.

El orden interno tridimensional de un cristal puede considerarse como la repetición de un motivo (una unidad de diagrama), de tal modo que los alrededores de cada motivo son idénticos. En los cristales reales los motivos pueden ser moléculas como el H2O, grupos aniónicos como el (CO ) 2-, (SiO ) 4-o (PO ) 3-, cationes como el Ca2+ , Mg2+ , Fe2+ , átomos como el Cu o combinaciones de grupos aniónicos, iones y/o átomos. Figura 2.7.

2.6. CRISTA

2.6. CRISTALOGENILOGENIAA

Etimológicamente, este término solamente comprende el estudio de la génesis o formación de los cristales pero, de acuerdo con el punto de vista que más nos interesa, examinaremos dentro de este tema, las diversas maneras como se forman los minerales en general.

Para que una sustancia tome el estado cristalino o cristalizado es necesario:

a) Que las moléculas del cuerpo por cristalizar se hallen libres, dispersas, ya sea por acción de disolventes ó por efecto de la temperatura que las mantenga al estado líquido o gaseoso.

b) Que esos agentes cesen de obrar dejando que las moléculas puedan agruparse obedeciendo solo a sus energías propias, al pasar al estado sólido.

Pero, además de estas condiciones, para que los cristales sean bien desarrollados, es necesario otras, tales como: espacio, tiempo y reposo, sin las cuales solo se formará, una masa de cristales pequeños y deformados o una masa cristalina.

(22)

22

Los métodos cristalográficos se apoyan fuertemente en el análisis de los patrones de difracción que surgen de una muestra cristalina al irradiarla con un haz de rayos X, neutrones o electrones. La estructura cristalina también puede ser estudiada por medio de microscopía electrónica.

Los minerales en general, pueden formarse a través de cuatro métodos:  Por disolución.  Por fusión.  Por sublimación, y.  Por metamorfismo. 1.-

1.- Por Por Disolución:Disolución: Bajo este método se comprenden diversas formas de producirse la cristalización algunas de las cuales son: a)

a) Por eliminación del disolvente. Ejemplo: Depósitos de anhidrita y halita; por evaporación del disolvente.

b) Por cambio de temperatura y presión. Ejemplo: Minerales formados a partir de fuentes calientes y géyseres.

c) Por la eliminación de gases que actúan como disolventes.Ejemplo: Deposición de carbonatos de calcio en forma de estalactitas y estalagmitas.

d) Por la acción mutua de soluciones. Ejemplo: Formación de la baritina (barita).

e) Por la acción de soluciones sobre sólidos. Ejemplo: Algunos sulfuros reemplazan a una roca calcárea.

f) Por la acción de gases con soluciones. Ejemplo: Formación de sulfuros.

g) Por la acción de cuerpos orgánicos sobre soluciones. Ejemplo: Formaciones calcáreas y silicosas a partir de ciertos organismos animales, que dan lugar a la formación de minerales como: calcita, aragonita, etc.

2.- Por Fusión:

2.- Por Fusión: Los minerales que componen las rocas ígneas son el resultado de la solidificación de una masa fundida llamadomagmamagma. Se forman los yacimientos metalíferos por la segregación de ciertos minerales, que vienen a ser insolubles, cuando la temperatura desciende por debajo de la temperatura crítica.

(23)

gue anar co paza

Fig. 2.1 para cubos mal formados, octaedros y dodecaedros. Las 3.- Por Sublimación:

3.- Por Sublimación: Se depositan los minerales después de haber pasado directamente del estado sólido al gaseoso sin tomar el estado líquido. Ejemplo: Azufre, ácido bórico, y otros.

4.- Por Metamorfismo-metasomatismo:

4.- Por Metamorfismo-metasomatismo: Bajo la influencia de ciertos procesos físicos, químicos, los minerales constituyentes de las rocas sufren grandes alteraciones y cambios en su carácter, estructura y composición, dando como resultado la aparición de nuevos minerales. 2.7. MORFO

2.7. MORFOLOGÍA DE LOS CRISTALOGÍA DE LOS CRISTALESLES

Puesto que los cristales son cuerpos geométricos, puede estudiarse desde un punto de vista meramente geométrico descriptivo, es decir, sin tener en cuenta la orientación de los átomos en su interior. Este tipo de estudio supone, en realidad, el primer estadio de desarrollo de la mineralogía como ciencia (1500 – 1912), después de que fue separada del grupo de las ciencias mineralógicas aplicadas. Los cristales son cuerpos visibles, a diferencia de los átomos que no pueden ser observados directamente, por lo que las primeras descripciones sobre su morfología, es decir acerca de la forma, fueron realizadas a la vista, o bien con la ayuda del goniómetro; posteriormente se aplicaron a su estudio las lentes y finalmente el microscopio. Debe tenerse en cuenta que las dimensiones no se toman en cuentan en los cristales, ya que su forma permanece constante a pesar de que sean de reducido tamaño. Más bien al contrario, cuanto más pequeño es un cristal, tanto más nítidas y brillantes aparecen las caras, más manifiestas las aristas y vértices, y en general, las observaciones son mejores.

Los cristales se forman por la repetición de una unidad estructural en tres dimensiones, las superficies limitantes que se conocen como las caras de un cristal, dependen en parte de la forma de la unidad. También dependen del medio externo en el cual crece el cristal. La expresión medio externo, tal como se usa aquí, incluye todas las influencias externas, tales como temperatura, presión, naturaleza de la disolución y dirección del movimiento de la disolución, así como la posibilidad del espacio abierto para el crecimiento libre. Las relaciones angulares, el tamaño y la forma de las caras de un cristal son aspectos de la morfología de los cristales.morfología de los cristales.

Si una celda unitaria cúbica se repite en tres dimensiones para formar un cristal que tiene“n”“n” unidades a lo largo de cada arista, el cristal será

un cubo que contienenn33

unidades

unidades. Con el mismo mecanismo repetido ordenadamente, pueden resultar formas distintas, como se indica en la

(24)

24

formas octaédrica y dodecaédrica son corrientes en muchos cristales, pero como las dimensiones de la celda unitaria son del orden del angstrom (10-10

m), los saltos son invisibles a simple vista y las caras resultantes aparecen como superficies planas lisas.

Cubo o exaedro Cubo distorsionado

Cubo distorsionado

Figura 2.1. Formas distintas por el apilamiento simétrico de las celdas.

Para una estructura interna determinada hay un número reducido de planos que sirven para limitar un cristal y sólo comparativamente unos pocos son comunes. Al considerar la distribución de las caras en un cristal, nos preocuparemos solamente de la disposición de unidades estructurales, que puede ser representada esquemáticamente mediante puntos reticulares o nodospuntos reticulares o nodos. La frecuencia con que una cara dada se observa en un cristal es, aproximadamente, proporcional al número de nodos que posee: cuanto mayor es el número más frecuente es la cara, tal como se ilustra en la Fig. 2.2. La regla anterior conocida como ley de Bravaisley de Bravais, confirmada generalmente por la experiencia. Aunque hay excepciones a la ley, como indicaron Donnay Harker en 1937, es usualmente posible escoger el retículo de tal manera que se cumpla la regla.

Figura 2.2. Capa de puntos reticulares en una red cúbica

(25)

gue anar co paza

Estas diferentes disposiciones atómicas a lo largo de los diferentes planos o direcciones cristalinos dan lugar a las propiedadespropiedades vectoriales

vectoriales. Puesto que la magnitud de las propiedades depende de la dirección, varía al cambiar la dirección cristalográfica. Algunas de las propiedades vectoriales de los cristales que se pueden citar son: dureza, conductividad térmica y eléctrica, dilatación térmica, velocidad de la luz, velocidad de crecimiento, velocidad de disolución y difracción de rayos X.

Entre todas estas propiedades algunas varían continuamente con la dirección dentro del cristal. La dureza, la conductividad eléctrica y térmica, la dilatación térmica, y la velocidad de la luz en el cristal son ejemplos de tales propiedades vectoriales continuas.

La velocidad de la luz en todos los cristales transparentes, excepto en aquellos que son isótropos varía continuamente con la dirección cristalográfica. De todas las propiedades vectoriales de los cristales, los parámetros ópticos son los que determinan cuantitativamente con más facilidad y los que se expresan mediante el índice de refracción, el recíproco de la velocidad de la luz en el cristal respecto a la velocidad de la luz en el aire o en el vacío.

Las propiedades vectoriales discontinuas, por otro lado, corresponden sólo a ciertos planos o direcciones definidas dentro del cristal. No existen valores intermedios de tales propiedades relacionados con direcciones cristalográficas intermedias. Un ejemplo de tal propiedad es la velocidad de crecimiento. La velocidad de crecimiento de un plano en un cristal está íntimamente relacionada con la densidad de puntos reticulares en el plano. Hemos visto que un plano tal como AB en la Fig. 2.2 tiene una densidad de puntos mucho mayor que el plano AD, AE o AF. Los cálculos de la energía implicada indican que la energía de las partículas en un plano como el AB, en el que existe una elevada densidad de nodos es menor que la energía de las partículas en planos menos densamente poblados, tal como AF. De aquí que el plano AB sea el más estable, puesto que en el proceso de cristalización la configuración de más baja energía es la de máxima estabilidad. Los planos AF, AD, AE, etc. crecerán, sin embargo, más de prisa que el AB, ya que se necesitan añadir menos partículas por unidad de área. En el crecimiento de un cristal a partir de un núcleo, las primeras formas que aparecen serán las de energía relativamente alta y de rápido crecimiento. La adición continuada de material a estos planos los formará hacia fuera, mientras que los planos de crecimiento menos rápido se formarán retrasados (la velocidad de crecimiento de una cara

(26)

26

es inversamente proporcional a la densidad de nodos, pues cuando menor es el número de nodos, menos material se requiere para el crecimiento y más rápido se hace éste). La Figura 2.3 muestra como un cristal puede cambiar su forma externa en varias etapas, durante su desarrollo, pasando desde un núcleo a un cristal mayor. Así las aristas y vértices de un cubo pueden formarse por adición de sustancias a los planos que cortan los vértices y aristas, mientras que es poca la sustancia que se adiciona a las caras del cubo. A medida que progresa el crecimiento, las caras de crecimiento rápido desaparecen literalmente, creciendo ellas mismas hasta dejar de existir, y construyendo las formas más estables de crecimiento más lento durante el proceso. Después de completada esta etapa, el crecimiento es mucho más lento, pues la adición se realiza ahora enteramente sobre la forma de mínima energía y crecimiento lento. Los mismos cristales, si se toman en las varias etapas de su desarrollo, sirven como modelos de la velocidad de crecimiento para el compuesto que se está estudiando.

(27)

gue anar co paza

El gran impulso en el campo de lacristalografía morfológicacristalografía morfológica, ciencia dedicada al estudio de los cristales, se produjo en el momento en el que se procedió a aplicar al microscopio un medidor de ángulos, conjunto que recibe el nombre degoniómetro de reflexión.goniómetro de reflexión.

Como las caras de un cristal tienen una relación directa con estructura interna, resulta lógico que las caras posean una definida entre sí. Este hecho fue observado en 1969 por Nicolás Steno, quién indicó que los ángulos entre caras correspondientes en cristales de cuarzo eran siempre los mismos. Esta observación se ha generalizado hoy día como la ley de Steno de la constancia de los ángulos interfaciales, que dice:“Los ángulos entre las caras equivalentes de los cristales de la misma sustancia medidos a la misma temperatura son constantes”. Por esta razón, la morfología cristalina es un método valioso frecuentemente utilizado para identificar a los minerales. Un mineral puede encontrarse en cristales de formas y tamaños muy distintos, pero los ángulos entre pares de caras equivalentes son siempre los mismos. En la Fig. 2.4 se muestra una ilustración de tal constancia de los ángulos interfaciales, que corresponde a las secciones horizontales de dos cristales de cuarzo completamente distintos en su apariencia.

(28)

28

2.8. CRIST

2.8. CRISTALOQUÍMICALOQUÍMICAA

La cristaloquímica es una rama de la cristalografía que estudia la composición de la materia cristalina y su relación con la fórmula cristalográfica. Incluye el estudio de los enlaces químicos, la morfología y la formación de estructuras cristalinas, de acuerdo con las características de los átomos, iones o moléculas, así como su tipo de enlace.

La composición química de un mineral es de fundamental importancia, pues de ella depende en gran medida muchas de sus propiedades. Sin embargo, estas propiedades no sólo dependen de la composición química, sino también de la disposición geométrica de los átomos o iones constituyentes y de la naturaleza de las fuerzas eléctricas que los unen. Así pues, para la comprensión de los minerales debe considerarse su estructura y sus enlaces, así como su química.

Como un resultado de intereses comunes entre cristalógrafos y químicos surgió una ciencia interdisciplinaria, lacristaloquímica. Lacristaloquímica meta de esta ciencia es la explicación de las relaciones entre la composición química, estructura interna y propiedades físicas de la materia cristalina. En mineralogía es útil como elemento de unificación mediante el cual pueden conectarse fenómenos descriptivos que de otro modo parecen no poseer relación alguna. Para considerar los aspectos estructurales químicos de los minerales, es necesario tener conocimiento de algunos de los conceptos elementales de átomos e iones, así como sus fuerzas de enlace en los materiales cristalinos. 2.8.1. El

Átomo.-2.8.1. El Átomo.- Es la más pequeña división de la materia que conserva las características del elemento. Consiste en un núcleo macizo, muy pequeño compuesto de protonesprotones y neutronesneutrones, rodeado por una región mucho más espaciosa escasamente poblada de electrones

electrones. Los átomos son tan pequeños que es importante verlos incluso con la elevadísima resolución que da el microscopio electrónico. Los radios atómicos se expresan en nanómetros o angstroms (1 nm = 10 Å). Cada protón lleva una carga unitaria de electricidad positiva; el neutrón, como su nombre indica, es eléctricamente neutro. Cada electrón, transporta una carga negativa. El átomo más pequeño es el hidrógeno, tiene un radio de sólo 0,46 Å, en tanto que el mayor, que es el cesio, tiene un radio de 2,72 Å.

2.8.2. El

Ión.-2.8.2. El Ión.- Los elementos pueden dividirse en dos grupos: unos que tienen tendencia a ceder electrones y otros que tienden a adquirir electrones. Los donadores de electrones son los metales y los

(29)

gue anar co paza

aceptadores de electrones son los no metales.no metales. Cuando un átomo pierde uno o más electrones de su configuración electrónica se forma un catión y al adicionárseles electrones resulta un anión. Esto puede expresarse de la siguiente manera:

Xátomo – e-→X+catión Xátomo – e-→ X-anión

Ambos procesos son energéticos. La energía requerida para extraer el electrón más débilmente unido a un átomo neutro y llevarlo al infinito se denomina potencial de primera ionización (o potencial de ionización). Este valor expresa la atracción que un núcleo de un átomo neutro ejerce sobre un electrón en una órbita parcialmente llena.

2.8.3. Fuerzas de enlace en los

cristales.-2.8.3. Fuerzas de enlace en los cristales.- Son las fuerzas que unen entre sí los átomos (o iones o grupos iónicos) componentes de los sólidos cristalinos, de naturaleza eléctrica, y la clase e intensidad de estas fuerzas tienen gran importancia como determinantes de las propiedades físicas y químicas de los minerales. En general, cuanto más fuerte es el enlace, más duro es el cristal, más elevado su punto de fusión y menor su coeficiente de dilatación por el calor.

Los tipos de enlaces principales son: iónico, covalente, metálico, van der Waals y enlace de hidrógeno. La interacción eléctrica de los iones o átomos de que están constituidas las unidades estructurales es el factor que condiciona las propiedades del cristal resultante, y la semejanza de propiedades entre cristales que tienen tipos similares de interacción eléctrica justifica el empleo de la clasificación de mecanismos de enlace.

2.9.

2.9. FACTFACTORES ORES QUE INFQUE INFLUYEN ELUYEN EN LA FORMN LA FORMACIÓN DE ACIÓN DE UNUN CRISTAL

CRISTAL

Los cristales surgen en los cambios de estado, es decir, cuando un cuerpo o sustancia pasa de un estado o fase a otro u otra. Se puede indicar las siguientes mutaciones fundamentales que srcinan la sustancia cristalina.

a. Paso del estado líquido al sólido: Cristalización por fusión o por disolución.

b. Paso del estado gaseoso al sólido: Cristalización por sublimación. c. Paso de una fase sólida a otra, acompañado de un cambio de

(30)

30

forma de la estructura cristalina. Este fenómeno se denomina recristalización

recristalización y no debe confundirse con el proceso de cristalización repetida de un cuerpo. La recristalización de las masas sólidas se produce en particular en los coloides.

Un material cristalino es aquel en el que los átomos se estructuran en redes basadas en la repetición tridimensional de sus componentes. A la estructura que se repite se le denomina celda cristalina (celda unidad). Los cristales se clasifican según sean las propiedades de simetría de la célula o celda cristalina. Estas propiedades de simetría también se manifiestan en ocasiones en simetrías macroscópicas de los cristales, como formas geométricas o planos de fractura. El estudio de la cristalografía requiere un cierto conocimiento del grupo de simetría.

A. CELDA

UNIDAD.-A. CELDA UNIDAD.- Se define como celda unitaria o celdilla unidad, es la porción más simple de la estructura cristalina que al repetirse mediante traslación reproduce todo el cristal, resultando ser entonces el más pequeño paralelepípedo formado por la unión de ocho motivos (nodos o vértices) en la retícula cristalina. Todos los materiales cristalinos adoptan una distribución regular de átomos o iones en el espacio. En la Fig. 2.5 la celda unidad queda representada por la estructura cúbica simple como ejemplo.

Figura 2.5. Red espacial y una de sus posibles celdillas unidad.

En la Fig. 2.6 las longitudes de las aristas de la celdilla se designan, habitualmente, por las letras a, b y c _{, y se denominan longitudes}_longitudes

axiales

axiales. Losángulos que forman las caras entre sí se designan por , , y se denominanángulos interaxiales.ángulos interaxiales. Estos 6 valores (3 longitudes y 3 ángulos) son conocidos globalmente comoparámetrosparámetros reticulares o cristalinos.

reticulares o cristalinos. Se insertan a continuación, dos celdillas elementales con sus respectivos parámetros. En la Fig. 2.6 se distingue: (1) una celdilla genérica, y (2) una celdilla cúbica.

(31)

gue anar co paza

(1) (2)

Figura 2.6. Celdilla unidad y parámetros reticulares.

B. RETÍCULA CRISTALINA

B. RETÍCULA CRISTALINA .- Es la ordenación periódica tridimensional de motivos o celdas unitarias. La retícula cristalina de la figura 2.7 está compuesta de 12 celdas unitaria.

Figura 2.7. Retícula cristalina. La Celda Unitaria aparece con líneas discontinuas.

C. ESTRUCTUR

C. ESTRUCTURA A CRISTALINACRISTALINA.- Los nodosnodos (vértices) de las distintas celdillas son todos equivalentes y no están ocupadosocupados necesariamente por un único átomoúnico átomo. En determinados materiales cada nodo puede tener asociado una molécula, un grupo de átomos, o incluso, un grupo de moléculas. Esto es particularmente frecuente en el caso de materiales cerámicos y poliméricos.

Al átomo, molécula o grupo de átomos o de moléculas que se debe asociar a cada nodo de la red para reproducir todo el cristal se lo denomina base o motivo. Así pues, una estructura cristalina real (un cristal) se construye colocando una base en cada una de las

(32)

32

posiciones marcadas por la red de Bravais correspondiente (o sea en sus nodos). Es decir, los términos “red” y ““estructura”” no son sinónimos y no deberían confundirse, aunque es relativamente frecuente verlos empleados de modo incorrecto. Esquemáticamente, podemos resumir esta idea diciendo que:

estructura cristalina = red espacial + base estructura cristalina = red espacial + base

2.10. EL ESTADO CRISTALINO: CUERPOS AMORFOS Y 2.10. EL ESTADO CRISTALINO: CUERPOS AMORFOS YCUERPOS CRISTALINOSCUERPOS CRISTALINOS Cristal es un cuerpo sólido de estructura reticular. Si no tiene esta estructura, el cuerpo se denomina“AMORFO”. El término de amorfo es de srcen griego y significa sin forma. Aplicado a la sustancia sólida, este término se debe comprender en el sentido de que la sustancia amorfa carece de forma geométrica natural y de estructura interna regular, de donde el sólido amorfo exteriormente tiene forma irregular

y carecen de constantes físicas. Sus partículas están

distribuidas irregularmente, como en los líquidos. Por eso, los cuerpos sólidos amorfos se consideran como líquidos sobrefundidos. Los cuerpos amorfos se caracterizan principalmente por:

 La falta de una temperatura de fusión netamente expresada.  La isotropía, es decir, invariabilidad de las propiedades con el

cambio de dirección.

Luego, un CRISTAL es un cuerpo sólido limitado naturalmente por superficies planas (caras) que constituyen la expresión exterior de una ordenación regular interna de los átomos o iones integrantes, que conjuntamente con las aristas rectas y vértices angulares del cristal, configuran los llamados elementos geométricos del cristal.

2.11. PROPIEDADES PRI

2.11. PROPIEDADES PRINCIPANCIPALES DE LOS CRLES DE LOS CRISTALESISTALES

1. Los elementos geométricos de los cristales son las caras planas, las aristas rectas y los vértices angulares. Estos elementos se relacionan según el “TEOREMA“TEOREMA DE DE EULER”EULER” que su enunciado

es el siguiente:“El número de caras, más el número de vértices es igual al número de aristas másdos”, o sea:

C + V = A + 2 Dónde: C, es el número de caras

V, es el número de vértices A, es el número de aristas