Cristalografía - ies "poeta claudio rodríguez"
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ROCAS, MINERALES Y CRISTALES LOS MINERALES Un mineral es un cuerpo sólido, natural, inorgánico, homogéneo en sus propiedades físico-químicas, de composición química fija (o variable dentro de límites estrechos) y formados por materia cristalina (con un ordenamiento atómico tridimensional), que se ha originado como resultado de procesos geológicos. MATERIA CRISTALINA Y MATERIA AMORFA Materia cristalina Materia amorfa Minerales Cuarzo Mineraloides Ópalo MATERIA CRISTALINA Y MATERIA AMORFA Sólido cristalino (cristal) Sólido amorfo - Se definen como sólidos cuyos componentes se disponen de forma ordenada y se repiten periódicamente en las tres dimensiones del espacio. - Sus componentes no se encuentran ordenados y no se repiten a distancias fijas en las tres direcciones del espacio. - De este ordenamiento interior derivan las propiedades físicas y el aspecto externo (caras, aristas y vértices) característicos de los cristales, siempre que dicho ordenamiento no sea interrumpido bruscamente en el ambiente en que está creciendo el cristal. - Su estructura interna recuerda a la de un líquido, por el desorden que presentan sus partículas constituyentes; sin embargo, a diferencia de estos, las de los sólidos amorfos ocupan posiciones fijas. En cualquier caso, son poco frecuentes en la naturaleza. - Un ejemplo de cristal es el mineral halita. - Un ejemplo de sólido amorfo es el ópalo. EL CUARZO ES UN MINERAL (→ MATERIA CRISTALINA) EL ÓPALO ES UN MINERALOIDE (→ MATERIA AMORFA) LA MATERIA CRISTALINA ES PERIÓDICA La propiedad característica de la materia cristalina es ser periódica: en cualquier dirección hay una traslación que repite los motivos estructurales. Las traslaciones fundamentales definen la celdilla unidad. ESTRUCTURA CRISTALINA DEL CUARZO (MATERIAL INORGÁNICO) ESTRUCTURA CRISTALINA DE LA CINNAMIDA (UNA PROTEÍNA) LOS CRISTALES Un cristal es un sólido que en su forma externa se ven: Caras: son superficies planas, lisas y en general brillantes, que limitan el cristal. Aristas: se determinan por la intersección de dos caras adyacentes. Vértices: se determinan por la interacción de tres o más caras. EJEMPLOS DE MINERALES (CRISTALES) Augita Aragonito Turmalina Yeso fibroso (grunerita) Cuarzo hialino EJEMPLOS DE MINERALES (CRISTALES) Drusa de cuarzo Mesolita Berilo Magnetita Cuarzo ESPATO DE ISLANDIA PIRITA PIRITA EJEMPLOS DE MINERALOIDES Ópalo Limonita Carbón Ámbar ELEMENTOS DE LA RED CRISTALINA Plano reticular Fila reticular Nudo Espacio reticular Espacio reticular Formación del cristal por apilamiento, en las tres direcciones del espacio, de celdillas elementales PROPIEDADES DE LA MATERIA CRISTALINA Traslación eje y Celda unidad Translación eje x - Periodicidad Homogeneidad Anisotropía Simetría Translación eje z Átomos iguales y equivalentes (nudos) tienen entornos iguales LEY DE LA CONSTANCIA DE LOS ÁNGULOS DIEDROS (STENON, 1669) Los ángulos diedros formados por las caras homólogas de ejemplares distintos de una especie mineral son iguales. LEY DE LA CONSTANCIA DE LOS ÁNGULOS DIEDROS OPERACIONES DE SIMETRÍA Traslación Reflexión Tipos de ejes de rotación: Rotación Inversión Monario (1) Binario (2) Ternario (3) Cuaternario (4) Senario (6). OPERACIONES DE SIMETRÍA SIMETRÍA DEL SISTEMA CÚBICO (MÁXIMA SIMETRÍA POSIBLE) Centro de simetría Ejes de rotación Distribución de los ejes y planos de simetría OBTENCIÓN DE MALLAS RETICULARES UNIDIMENSIONALES Motivo que se repite Vector de traslación Fila reticular Si sólo hay una dimensión, el vector de traslación sólo puede originar una sola red cristalina unidimensional posible… OBTENCIÓN DE MALLAS RETICULARES PLANAS (2 DIMENSIONES) TRASLACIÓN La traslación en dos direcciones origina, según sean el ángulo α y el vector de traslación, un plano reticular, con 5 posibles mallas planas. Según el ángulo α, la traslación produce diferentes planos reticulares… Plano reticular α POSIBLES MALLAS BIDIMENSIONALES (en un plano) Malla cuadrada Malla rectangular Malla rómbica Malla oblicua Malla hexagonal POSIBLES MALLAS BIDIMENSIONALES (en un plano) Rómbica POSIBLES MALLAS BIDIMENSIONALES (en un plano) MALLAS TRIDIMENSIONALES Retículo espacial La traslación en las tres direcciones del espacio origina una red reticular espacial (tridimensional), con 7 posibilidades de redes espaciales simples. ESTRUCTURA DE LOS SÓLIDOS CRISTALINOS (CRISTALES) Celda unitaria Es la unidad estructural de un sólido cristalino, el motivo que se repite en el espacio. Es la mínima unidad que da toda la información acerca de la estructura de un cristal. Celda unidad TIPOS DE CELDAS UNITARIAS. SISTEMAS CRISTALINOS α , β, γ Parámetros de la celdilla unidad a, b y c SISTEMA CRISTALINO VECTORES ÁNGULOS ENTRE EJES Cúbico a=b=c α = β = γ = 90º Tetragonal a=b≠c α = β = γ = 90º Ortorrómbico a≠b≠c≠a α = β = γ = 90º Hexagonal a=b≠c α = β = 90º; γ = 120º Trigonal (o Romboédrica) a=b=c α = β = γ ≠ 90º Monoclínico a≠b≠c≠a α = γ = 90º; β ≠ 90º Triclínico a≠b≠c≠a α≠β≠γ (Todos distintos de 90º) SISTEMAS CRISTALINOS SISTEMAS CRISTALINOS SISTEMAS CRISTALINOS Pirita SISTEMAS CRISTALINOS Ideocrasa SISTEMAS CRISTALINOS Berilo SISTEMAS CRISTALINOS Baritina SISTEMAS CRISTALINOS Yeso SISTEMAS CRISTALINOS Axinita SISTEMAS CRISTALINOS SISTEMAS CRISTALINOS SISTEMAS CRISTALINOS Y REDES ESPACIALES QUE ORIGINAN PUEDE HABER NUDOS EN LAS CARAS E INTERIOR DEL CRISTAL Cúbica simple Cúbica centrada en el cuerpo Tetragonal simple Cúbica centrada en las caras Tetragonal centrado en el cuerpo LAS 14 REDES DE BRAVAIS (POSIBLES RETÍCULOS ESPACIALES) LAS 14 REDES DE BRAVAIS (POSIBLES RETÍCULOS ESPACIALES) LAS 14 REDES DE BRAVAIS (POSIBLES RETÍCULOS ESPACIALES) EJEMPLOS DE REDES CRISTALINAS ESPACIALES Cúbica simple Cúbica centrada en el cuerpo Cúbica centrada en las caras CRISTALOGÉNESIS Es el conjunto de procesos que conducen a la formación de la materia cristalina (cristales minerales). POTENCIAL QUÍMICO: es una medida de la energía por mol de una (P.Q.) sustancia en un sistema dado. Si un sistema de fases no está en equilibrio, los componentes tenderán a pasar de una fase a otra hasta que se alcance un potencial químico constante para cada sustancia en cada fase. Fase 1 Fase 2 Cambio de fase EL POTENCIAL QUÍMICO Incidencia del potencial químico en los cambios de fase - Un componente emigra de una fase de mayor PQ a otra de menor PQ. - Al disminuir la T, se favorece la formación de una nueva fase con menor PQ, lo que hará comenzar la precipitación. - El PQ es mayor en los granos de tamaño pequeño (que son más inestables y solubles). - En los gases, el PQ aumenta cuando crece su presión parcial, lo cual origina el crecimiento del cristal. LA CRISTALIZACIÓN Es la ordenación espacial de los motivos estructurales de un mineral que pasa de una fase fluida a una sólida al variar las condiciones de P y T. NUCLEACIÓN: es la formación de un núcleo cristalino, y ocurre cuando un agregado inestable alcanza un tamaño crítico ≤ 0,1 μ. Numerus nucleus = nº núcleos / s / cm3 Tipos HOMOGÉNEA: se realiza en el seno de la fase (el núcleo cristalino es de la misma sustancia que cristaliza) HETEROGÉNEA: se realiza sobre una impureza de una sustancia distinta centro de la nucleación. CRISTALIZACIÓN Las nuevas unidades ocupan preferentemente aquellas posiciones vacantes en las que pueden establecer mayor nº de enlaces con los átomos ya colocados. - 1º se rellenan los huecos. En 2º lugar, se completan las filas. Después se completan las caras antiguas. Por último, se inician caras nuevas. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CRISTALIZACIÓN La cristalización es el proceso de generación de los cristales de los distintos minerales que componen las rocas ígneas. Intervienen los siguientes factores de cristalización: Descenso de temperatura y de la presión. Tiempo (lentitud o rapidez del proceso de consolidación). Espacio disponible para la consolidación. Reposo del fluido a cristalizar. Cantidad de sustancia de los componentes a cristalizar. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CRISTALIZACIÓN Con tiempo, espacio, reposo, suficientes componentes y un enfriamiento lento, se originan cristales grandes y bien formados. Si el enfriamiento es rápido, aumenta la viscosidad, disminuyendo la difusión, resultando microcristales. Si el enfriamiento es muy rápido, obtenemos materia amorfa. Otros factores que influyen son: impurezas, presencia de agua,… INFLUENCIA DEL AGUA EN LA CRISTALIZACIÓN RECRISTALACIÓN Aumenta la densidad del mineral. En un cristal anisótropo rige el principio de Riecque: - A mayor P predomina la disolución (salvo deformaciones). - A menor P predomina la recristalización. PRESIÓN Influye TEMPERATURA FLUIDOS RECRISTALACIÓN TIPOS DE ESTRUCTURAS CRISTALINAS En función de cómo se combinan los factores de la cristalización, tenemos distintos tipos de… ESTRUCTURAS CRISTALINAS: Macrocristalina: los cristales se ven a simple vista. Microcristalina: los cristales se reconocen con microscopio petrográfico. Criptocristalina: los cristales y la estructura cristalina se reconocen sólo por difracción de Rayos X. DEFECTOS EN EL CRECIMIENTO DE LOS CRISTALES Vacancias: se producen por la ausencia en la red de un elemento. Sustituciones: entrada en la red de un átomo diferente, pero de similar radio iónico. Átomos intersticiales: inclusión en la red de un átomo fuera de las posiciones reticulares. Dislocaciones: aparición de nuevas filas de elementos cuando en el plano anterior no existían. DEFECTOS EN EL CRECIMIENTO DE LOS CRISTALES. MACLAS Maclas: es la interpenetración de dos o más cristales de la misma especie, compartiendo gran parte de su estructura cristalina. Macla de Carlsbad Ortosa Macla en codo Rutilo MACLAS Estaurolita Macla en cruz Cubos maclados Macla de la pirita MACLAS Yeso Macla en punta de Flecha Yeso Cerusita MACLAS Maclas de repetición Maclas en el aragonito Macla cíclica (crisoberilo) MACLAS MÚLTIPLES Y AGREGADOS CRISTALINOS MACLA MÚLTIPLE DEL YESO (ROSA DEL DESIERTO) MACLA MÚLTIPLE DEL ARAGONITO HÁBITO DE LOS CRISTALES - Acicular: cristales delgados parecidos a agujas. - Amigdaloide: si contiene nódulos en forma de almendra. - Arborescente: de aspecto similar a un árbol. - Botrioidal: formas globulares agrupadas en racimos. - Columnar: en forma de columna. - Concrecionado: masas de minerales depositadas sobre un núcleo, a veces, de formas esféricas. - Coraloide: en formas puntiagudas ramificadas que recuerdan al coral. - Dendrítico: en ramas divergentes parecidas a plantas. - Discoidal: en forma de discos superpuestos. - En drusa: superficie cubierta por una capa de pequeños cristales. - Estalactítico: en forma de conos o cilindros colgantes a modo de estalactitas. - Estrellado: cristales en formas concéntricas simulando estrellas. - Exfoliable: minerales que se separan fácilmente en capas; si son muy finas, se dice micáceo. - Fibroso: en forma de pequeñas fibras paralelas, fácilmente separables entre sí. - Filiforme: capilar: parecidos a cabellos o hebras. - En geoda: cavidad recubierta de cristales pero sin quedar totalmente rellena. - Globular: individuos de forma esférica. - Hojoso: cristales alargados planos a modo de hojas de cuchillo. - Mamilar: grandes formas redondeadas a modo de mamas. - Masivo: agregados minerales compactos y sin forma particular. - Oolítico: agregados esféricos a modo de huevas de pescado. - Plumoso: formado por escamas finas superpuestas con estructuras parecidas a plumas. - Radiante: cristales dispuestos de manera radial a partir de un centro. - Reniforme: minerales radiales terminados en formas arriñonadas. - Reticulado: cristales delgados entrelazados simulando redes. - Tabular: individuos planos a modo de tablas. TIPOS DE AGREGADOS. HÁBITO DE LOS CRISTALES Agregado acicular (azurita) Agregado arborescente (Ag sobre calcita) Agregado botrioidal (apativo) Agregado botrioidal (apatito) Agregado coraloide (aragonito) Agregado dendrítico (pirolusita) Agregado discoidal (yeso del desierto) Agregado en drusa (fluorita) Agregado estrellado (mesolita) Agregado fibroso (grunerita) Agregado exfoliable (micáceo) (biotita) Agregado mamilar (smithsonita) Agregado filiforme (jamesonita) Agregado hojoso (crocoita) Agregado globular (esferocobalita) (v. de calcita, con cuarzo hialino Agregado masivo (bismuto) Agregado masivo (olivino) Agregado plumoso (limonita) Agregado radiante (phehnita) Agregado reticulado (rutilo) Agregado reniforme (goethita) ISOMORFISMO Dos minerales son isomorfos cuando presentan un mismo sistema cristalino (igual forma) y distinta composición química. Ej.:galena: sulfuro de Pb y halita: cloruro de Na. Su celdilla es cúbica en ambos casos. Galena Halita o sal gema SERIE ISOMORFA DEL OLIVINO POLIMORFISMO Dos minerales son polimorfos cuando presentan la misma composición química y distinto sistema cristalino. Calcita (trigonal) Aragonito (ortorrómbico) Composición química SiO2 CaCO3 C Mineral Cuarzo Tridimita Cristobalita Calcita Aragonito Diamante Grafito Simetría Trigonal Hexagonal Cúbico Trigonal Ortorrómbico Cúbico Hexagonal POLIMORFISMO ENTRE LA CALCITA Y EL ARAGONITO POLIMORFISMO ENTRE EL DIAMANTE Y EL GRAFITO Diamante, con estructura muy compacta Grafito, con estructura atómica en láminas POLIMORFISMO ENTRE EL DIAMANTE Y EL GRAFITO POLIMORFISMO ENTRE EL DIAMANTE Y EL GRAFITO CUEVA DE CRISTALES GIGANTES DE NAICA (MÉJICO) CUEVA DE CRISTALES GIGANTES DE NAICA (MÉJICO) CUEVA DE CRISTALES GIGANTES DE NAICA (MÉJICO) CUEVA DE CRISTALES GIGANTES DE NAICA (MÉJICO) CUEVA DE CRISTALES GIGANTES DE NAICA (MÉJICO) CUEVA DE CRISTALES GIGANTES DE NAICA (MÉJICO) CUEVA DE CRISTALES GIGANTES DE NAICA (MÉJICO) CUEVA DE CRISTALES GIGANTES DE NAICA (MÉJICO)
