Ud 3. a. LA MATERIA MINERAL

La materia mineral. Cristalización y
ambientes petrogenéticos.
La materia mineral
La materia en la Tierra se encuentra en los tres estados: Sólido, Líquido y Gaseoso.
La materia mineral es la materia sólida de la Tierra.
Los elementos geoquímicos son los elementos que están presentes en la materia
mineral. Aunque potencialmente todos los elementos químicos del sistema periódico pueden
formar parte de esta materia, sólo algunos están representados en proporción considerable.
La distribución y proporción variará según las capas de la Tierra, por eso decimos que la Tierra
está diferenciada geoquímicamente.
Los elementos más abundantes en la Tierra son el Fe, O y el Si, mientras que en la
corteza terrestre, los elementos más abundantes son el O, el Si y el Al. Cada elemento
geoquímico, además, presenta unas afinidades o tendencias a unirse con otros elementos
geoquímicos para formar compuestos; estos compuestos son los minerales que a su vez se
asocian para formar agregados minerales o rocas.
La materia mineral puede aparecer en la Tierra de dos formas:
Materia amorfa o vítrea: Cuando sus elementos químicos están dispuestos al azar sin ningún
tipo de orden. Carecen de distribución tridimensional regular de átomos.
Materia cristalina: Cuando sus constituyentes (átomos, iones, moléculas) están ordenados
periódicamente en el espacio, unidos por enlaces químicos, y en equilibrio químico. Si ese
orden se manifiesta al exterior, se dice que la materia está cristalizada.
¿QUE ES UN CRISTAL?
Un cristal es un sólido orgánico o inorgánico, con estructura interna ordenada y una
composición química definida, que puede ser de origen natural o artificial.
Un cristal se presenta en formas poliédricas cuando tiene, en el momento de su
formación, espacio, tiempo y la composición química adecuada; por tanto la manifestación
externa de esa materia cristalina es una propiedad accidental que solo depende de las
condiciones en que se desarrollo el cristal.
Los minerales están formados por materia cristalina, de lo que se deduce que todos los
minerales son cristales, pero no todos los cristales son minerales, como por ejemplo, los
cristales orgánicos.
La cristalografía es la ciencia que estudia los cristales.
CRISTALOGÉNESIS o formación de cristales.
Los cristales se forman por los siguientes procesos:
La solidificación a partir de un fundido. Este proceso ocurre cuando los materiales en estado
fundido experimentan un descenso de temperatura y cambian su estado de líquido a sólido.
Para que formen cristales, el enfriamiento debe ser lento. Si se produce un enfriamiento muy
rápido, no se forman cristales sino materia amorfa.
Por cristalización a partir de una disolución, debida a una precipitación química o bioquímica.
Las condiciones físico-químicas que inducen la precipitación son muy variadas; sobresaturación
de la disolución, variaciones de las condiciones de oxidación-reducción o cambios de pH.
Por sublimación a partir de un gas. Un gas forma directamente cristales como consecuencia
de una bajada brusca de su temperatura. Es el caso de formación de cristales de azufre a partir
de gas sulfurado que expulsan los volcanes, o la formación de cristales de hielo a partir de
vapor de agua.
Existen otros dos procesos, la recristalización (aumento de tamaño de un cristal al
añadirse sobre él más elementos químicos) y el reajuste mineralógico (reorganización interna
de los componentes de un cristal ya existente) que representan la formación de cristales por
transformaciones en estado sólido de cristales previos. Los tres anteriores eran procesos de
formación de nuevos cristales.
Las fases de formación del cristal son:



Sobresaturación de la solución o existencia de un fundido
Nucleación: formación de un núcleo o partícula inicial con las propiedades del cristal que
sirve de germen o semilla
Crecimiento alrededor del germen se añaden nuevos átomos siguiendo el patrón.
PROPIEDADES DE LA MATERIA CRISTALINA
La materia cristalina presenta propiedades microscópicas (periodica, homogénea, anisótropa
y simétrica) y la existencia de las microscópicas determina la existencia de las propiedades
macroscópicas.
PERIODICIDAD:
La materia mineral es periódica porque sus átomos se repiten en el espacio a intervalos
iguales. Se denomina nudos a los lugares donde se encuentran los átomos o grupos atómicos
que se repiten. Los intervalos a los que se repiten los nudos se denominan traslaciones. De
todas las posibles traslaciones que pueden existir en un medio periódico, se llama traslación
fundamental a la de menor longitud.
HOMOGENEIDAD:
Como la materia cristalina es un medio periódico, es una sucesión de nudos equivalentes, por
lo tanto, todos esos nudos gozarán de idénticas propiedades físicas y químicas.
Consecuentemente, el medio cristalino está constituido por una distribución de partículas
iguales, y el cristal en su totalidad será homogéneo.
ANISOTROPÍA:
La mayor parte de sus propiedades físicas varía en función de las direcciones. Por ejemplo, los
cristales presentan caras planas, eso quiere decir, que el crecimiento se produce a mayor
velocidad en unas direcciones que en otras. Si creciese igual en todas las direcciones, los
minerales serían esféricos.
ISOTROPÍA:
Contraria a la anisotropía. La materia cristalina es isótropa para una propiedad cuando su valor
es constante en todas las direcciones.
SIMETRIA:
Una materia es simétrica cuando admite elementos de simetría como: vector de traslación,
planos de simetría, centro de simetría, ejes de simetría, que relacionan sus puntos iguales
mediante operaciones de traslación, reflexión, inversión y giro.
El vector de traslación es un elemento ideal de simetría que hace relacionar figuras
equivalentes mediante desplazamientos periódicos siguiendo la dirección en la que actúa.
El plano de simetría es un elemento ideal de simetría que actúa como un espejo, genera la
imagen especular de una figura. La operación de simetría que realiza se denomina reflexión.
El centro de simetría es un operador de simetría que relaciona figuras iguales mediante la
inversión.
El eje de simetría es un operador de simetría que relaciona o engendra figuras iguales
mediante giros. Hay distintos ejes de simetría: de orden 1 o monario, cuando relaciona o
genera figuras mediante un giro de 360º; de orden 2 o binario, cuando relaciona o genera
figuras iguales mediante giros de 180º; de orden 3 o ternario (giro de 120º); de orden 4 o
cuaternario (giro de 90º) y de orden 6 o senario (giro de 60º).
E1; E2; E3; E4; E6
LA RED ESPACIAL DE UN CRISTAL
El retículo cristalino es un modelo ideal de referencia que representa la distribución en el
espacio de los átomos, iones o moléculas que constituyen el cristal.
Vamos a representarlo en 3 ejes X-X; Y-Y; y Z-Z
Estos ejes forman tres ángulos interaxiales denominados:
 al ángulo que forman el eje Z con el Y
 al ángulo que forman el eje Z con el X
Al ángulo que forma el eje X con el Y.
Al observar la red representada en la Figura a estos tres ejes, vemos que:
El vector a es la traslación en el eje X-X
El vector b es la traslación en el eje Y-Y
El vector c es la traslación en el eje Z-Z
El poliedro que se repite en las tres direcciones del espacio es la celda unidad o
poliedro fundamental, caracterizado por los tres vectores a, b y c, y por unos ángulos
determinados.
En un retículo cristalino se denomina:
Nudo reticular a los lugares donde se encuentran los átomos.
Fila reticular a la recta que une dos o más nudos.
Plano reticular al plano ideal determinado por dos o más filas de nudos.
Celda unidad al paralelepípedo imaginario de menor volumen formado por seis planos
reticulares que se cortan entre sí y que, por repetición en las tres direcciones del
espacio, genera la red espacial. Se denomina celda simple o primitiva a aquella que
solo tiene nudos en los vértices y no en el interior. Se simboliza por P. Se denomina
celda múltiple a la que sí tiene nudos en el interior, que pueden estar en el centro de
las caras (F), en el centro geométrico de la celda (I) o en las bases (C).
LAS REDES DE BRAVAIS
La materia en el espacio se puede ordenar de distintas formas, lo que origina distintos
tipos de materias cristalinas. Auguste Bravais demostró en 1845 que las distintas
formas en que se coloca la materia en el espacio se podían agrupar en catorce tipos
de retículos cristalinos, que se conocen como redes de Bravais. Estas redes se
pueden formar por la traslación y repetición en las tres direcciones del el espacio de
catorce celdas unidad, que se denominan los catorce paralelepípedos de Bravais.
De estas catorce celdas, siete son simples o primitivas (P) y el resto múltiples (F), (I), y
(C).
Cada celda se caracteriza por un valor de las aristas a, b y c y, que se denominan
relación axial, y por un valor de los ángulos llamados ángulos interaxiales.
Cuando los catorce tipos de retículos de Bravais se combinan con los posibles
elementos de simetría que admiten, estas redes se agrupan en siete sistemas
cristalinos, que son los sistemas:
Cúbico; hexagonal, romboédrico o trigonal; tetragonal; ortorrómbico,
monoclínico y triclínico.
Cada sistema engloba uno o varios retículos de Bravais.
La materia cristalina de cada mineral pertenece a uno de esos sistemas cristalinos, se
dice entonces que ese mineral cristaliza en ese sistema cristalino.