Índice
Capitulo I
Cristalografía Introducción
Minerales Minerales - Cristalog Cristalograf rafía ía Minerales y Sistema de Cristalización Composición Química Elementos de Simetría a + i
Índice
Capitulo I
Cristalografía Tipos de Habito
Formas de Cristalización Cristalización
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1. INTRODUCIÓN
La cristalografía es una ciencia natural que estudia los CRISTALES, sus formas y simetría, la estructura interna y las propiedades químicas y físi física cass det determi ermina nada da por por dich dicha a estr estruc uctu turra.
Aunque la cristalografía se desarrollo como una rama de la mineralogía, es hoy en día una ciencia aparte que no solo trata con los minerales sino también con toda la materia cristalina.
2. MINERALES - CRISTALOGRAFíA
¿Qué es un mineral? LOS MINERALES: son sustancias sólidas con una composición definida, es decir están formados por la combinación de uno o varios elementos en unas proporciones determinadas, que podemos expresar mediante una fórmula química.
COMPOSICIÓN DE LOS MINERALES En la composición de la mayoría de los minerales intervienen, principalmente ocho elementos químicos: oxígeno, silicio, aluminio, hierro, calcio, magnesio, sodio y potasio). Los demás elementos: carbono, cobre, oro, uranio, etc. Se encuentran en proporciones más pequeñas. De todos los elementos los más frecuentes son el oxígeno y el silicio, que se combinan con otros elementos químicos y forman unos minerales llamados SILICATOS LOS NO SILICATADOS están formados por la combinación de dos o más elementos químicos (hierro y oxígeno; azufre, calcio y oxígeno, etc.) o por unos elementos químicos como el oro o la plata, llamados ELEMENTOS NATIVOS constituyen minerales por si solos, sin combinarse con otros
CLASIFICACIÓN: SILICATOS MINERALES NO SILICATADOS •
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SULFUROS: Constituidos por azufre y elementos metálicos, como el cobre, el plomo o el hierro. Ejemplo Pirita ÓXIDOS: Constituidos por oxígeno y elementos metálicos, como el cobre, aluminio o el hierro. Ejem: oligisto, magnetita CARBONATOS: formados por carbono y oxígeno, a los que se unen otros elementos, como el calcio. Ejem. calcita SULFATOS: Formados por azufre y oxígeno, que se combinan con otros elementos como el calcio. Ejem. yeso HALUROS: Están formados por diferentes elementos, como el cloro o el flúor. A ellos se le unen elementos como el sodio o el calcio. Ejem. Halita o sal gema LOS ELEMENTOS NATIVOS: Son elementos químicos que constituyen minerales por sí solos. Entre ellos se encuentra el azufre, el oro, el platino, o el diamante.
SILICATOS TODOS ESTYÁN FORMADOS POR SILICIO Y OXÍGENO, QUE SE COMBINAN CON OTROS ELEMENTOS COMO, EL MAGNESIO, EL HIERRO, EL ALUMINIO, ETC
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SILICATOS
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SILICATOS
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ÓXIDOS
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CARBONATOS
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HALUROS
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ELEMENTOS NATIVOS
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PROPIEDADES DE LOS MINERALES LA DENSIDAD es la relación que existe entre la masa de un mineral y su volumen. LA DUREZA es la resistencia que ofrece un mineral a ser rayado. Un mineral es más duro que otro si consigue rayarlo y no es rayado por él. COLOR el color real de un mineral se observa al rayarlo, ya que este color puede no coincidir con el color externo. Hay minerales que siempre se presentan con el mismo color y otros no. EL BRILLO es el aspecto que ofrece la superficie de un mineral al reflejar la luz. La mayoría de los minerales brillan, por ejemplo el cuarzo. a + i
¿Que es la cristalografía? La cristalografía es la ciencia que se dedica al estudio y resolución de estructuras cristalinas.
Que es un Cristal? Cristal: Un cristal debe ser definido como un compuesto solidó de átomos, dispuestos en un patrón periódico en tres dimensiones.
No todos los sólidos son cristalinos, algunos son amorfos como el vidrio, y no tienen ningún arreglo regular de átomos.
Si echamos una mirada dentro de una pieza cristalina de silicio con un microscopio de enorme amplificación, podríamos ver los átomos de silicio colocados en filas y capas tal y como se muestra en la figura .
Cada átomo luciría como una bolita difusa conectada con un enlace también difuso a otros cuatro átomos vecinos.
La parte de la bolita se llama núcleo del átomo, las extensiones que conectan los núcleos de diferentes átomos se llaman enlaces covalentes.
Estructura cristalina Hexagonal compacta Cúbica compacta
Elemento Be, Cd, Co, Mg, Ti, Zn Ag, Al, Au, Ca, Cu, Ni, Pb, Pt
Cúbica centrada en el cuerpo
Ba, Cr, Fe, W, alcalinos
La mayoría de los minerales adoptan formas cristalinas cuando se forman en condiciones favorables, cada elemento o compuesto químico tiende a cristalizarse en una forma definida y característica. Así, la sal tiende a formar cristales cúbicos, el granate, que a veces forma también cubos, se encuentra con más frecuencia en dodecaedros. A pesar de sus diferentes formas de cristalización, la sal y el granate cristalizan siempre en la misma clase y sistema. A= Ca, Mg,Fe,M B= Al Fe,Cr
Cristal.
(c) 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning™
a) Silicio amorfo (Vidrio) Cristalino.
b) Silicio
Red cristalina o Latice En los cristales los átomos forman un patrón reticular repetido. La red es un conjunto de puntos denominados puntos reticulares (o nodos), los cuales siguen un patrón regular, de manera que las inmediaciones de cada punto de la red son idénticas.
Celda Unitaria La celda unitaria es la menor subdivisión de una red que retiene las características generales de toda la retícula (red). Por lo tanto reuniendo celdas unitarias idénticas se construye toda la red.
Redes de Bravais Se consideran 14 tipos de celdas unitarias, o redes de Bravais, agrupadas en siete estructuras cristalinas. Los puntos reticulares están en las esquinas de las celdas unitarias, y en algunos casos, en el centro de cada una de las caras o de toda la celda.
Parámetros de Red. Los parámetros reticulares, que describen el tamaño y la forma de la celda unitaria, son las dimensiones de los lados de la celda unitaria y los ángulos que la forman. Se requ requier ieren en vario varioss parám parámetr etros os de red red para para de finir el tamaño y la forma de las celdas unitarias complejas.
Defectos en la Red de un Material Cristalino Las imperfecciones o defectos son de tres tipos: 1. Defectos Lineales o Dislocaciones. 2. Defectos Puntuales 3. Defectos de Superficie.
Dislocaciones Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificación del material o al deformarlo.
Son útiles para explicar la deformación y el endurecimiento de los metales.
Existen dos tipos de dislocaciones.
1. Dislocación de Tornillo 2. Dislocación de Borde.
Dislocación de Tornillo Se puede ilustrar haciendo un corte parcial a través de un cristal perfecto, torciéndolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un átomo.
Dislocación de Borde. Se puede ilustrar haciendo un corte parcial a través de un cristal perfecto, separándolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de átomos adicional.
Dislocaciones Mixtas
Defectos Puntuales Son discontinuidades de la red que involucran uno o quizá varios átomos. Pueden ser generados: Mediante el movimiento de los átomos al ganar energía por calentamiento; durante el procesamiento del material.
Mediante la introducción de impurezas.
O intencionalmente a través de las aleaciones.
Defectos Intersticiales Se forman cuando se inserta un átomo adicional en una posición normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina. Los átomos intersticiales, aunque mucho mas pequeños que los átomos localizados en los puntos de la red, aun así son mayores que los sitios intersticiales que ocupan; en consecuencia, la red circundante aparece comprimida y distorsionada. Una vez dentro del material, el numero de átomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante, incluso al cambiar la temperatura.
Otros Defectos Puntuales (Frenkel y Schottky) Defecto Frenkel: Es un par de defectos, intersticio-vacancia
formado cuando un ion salta de un punto normal de la red a un sitio intersticial, dejando detrás una vacancia. Defecto Schottky: Es un par de vacancias en un material de enlace iónico, deben faltar tanto un anión como un catión de la red. Este defecto es común en materiales cerámicos de enlace iónico.
Defectos de Superficie Son las fronteras o planos que separan a un material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalográficas distintas. S uperficie del material. En las superficies externas del
material la red termina de forma abrupta. Cada átomo de la superficie ya no tiene el mismo numero de coordinación y se altera el enlace atómico. Asimismo, la superficie puede ser muy áspera, contener pequeñas muescas y quizá ser mucho mas reactiva que el interior del material.
Fronteras de Grano Es la superficie que separa los granos, es una zona estrecha en la cual los átomos no están correctamente espaciados.
Un grano es una porción del material dentro del cual el arreglo atómico es idéntico (Cristal o Cristalita).
Los granos que forman un material tienen orientaciones distintas.
La microestructura de la mayor parte de los materiales esta formada por muchos granos.
Cuando los átomos están cerca unos de otros en la frontera de grano que crean una región de compresión Cuando están alejados crean una región de tensión.
3 .MINERALES Y SISTEMA CRISTALINOS
Existen (7) Sistemas Cristalinos:
Isométrico, tetragonal, hexagonal, trigonal, ortorrómbico, monoclínico, triclínico. Los cuales se sub dividen en 32 clases en total
El sistema cristalino puede ser definido como la forma, simetría y número de facetas que un mineral tiende a formar en su superficie en el momento de su cristalización, esta propiedad afecta otras características como el hábito, clivaje, lustre, dureza y color.
Dependiendo de la simetría en el arreglo de las facetas , podemos encontrar siete tipos principales de sistemas cristalinos: Isométrico Diploideo: (Pirita)
Hexoctaedro: (Cobre Nativo)
Hextetraedro: (Sodalita)
Tetragonal Dipiramidal: (Wulfenita)
Ditetragonal: (Zircón)
Ortorrómbico
Dipiramidal: (Adamita)
Escalenoédrico: (Calcopirita)
Hexagonal Dihexagonal – Dipiramidal: (Berilio)
Dipiramidal: Mimetita
Trigonal Ditrigonal: Trigonal
Hexagonal - escalenoedrico (Rodocrosita)
Trapezoédrico: (Cuarzo)
Monoclinico Prismático: (Yeso)
Pinacoide: (Labradorita)
Amorfo
Existe otro tipo llamado amorfo, el cual es aplicado a cristales sin simetría, esto significa que carecen de sistema cristalino, un buen ejemplo es el ámbar y el Opalo
4. COMPOSICIÓN QUÍMICA
CRISTAL. Definición Química. Es un sólido homogéneo que presenta un orden interno periódico de sus partículas reticulares. sean átomos, iones o moléculas.
En la estructura cristalina (ordenada) de los materiales inorgánicos, los elementos que se repiten son átomos o iones enlazados entre sí, de manera que generalmente no se distinguen unidades aisladas; estos enlaces proporcionan la estabilidad y dureza del material.
1 Tipos de cristales 1.1 Cristales sólidos 1.2 Cristales luminosos 1.3 Cristales iónicos 1.4 Cristales covalentes 1.5 Cristales moleculares 1.6 Cristales metálicos Ordenamiento molecular.
Clasificación por su Composición Química. a. Elementos nativos. •
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Un elemento nativo es un tipo de materia constituida por átomos de la misma clase. En su forma más simple posee un número determinado de protones en su núcleo.
Tabla periódica.
Es un material con características físicas únicas. Es una sustancia que no puede ser descompuesta mediante una reacción química, en otras más simples. No existen dos átomos de un mismo elemento con características distintas. Oro nativo.
bueno:
malo:
Rinconada.
Clasificación por su Composición Química. b. Sulfuros. •
c. Óxidos.
Un sulfuro es la combinación del azufre (-2) con un elemento químico o con un radical.
S
-2
+
Elemento = Sulfuro
Argentita: Ag2S Blenda: ZnS (sinónimo: Esfalerita) Calcopirita: CuFeS2 Estibina: Sb2S3 (sinónimo= Antimonita) Galena: PbS Pirita: FeS2 Tetraedrita: Cu3SbS3
Pirita.
Calcopirita.
•
Un óxido es un compuesto binario que contiene uno o varios átomos de oxígeno (-2), y otros elementos.
-2
O +
Elemento = Oxido
Casiterita: SnO2 Corindon: Al2O3 Cuprita: CuO Espinela: MgAl2O4 Hematita: Fe2O3 Pirolusita: MnO2 Tridimita: SiO2
Hematita.
Tridimita.
Clasificación por su Composición Química. d. Haluros. •
c. Carbonatos.
Es un compuesto binario formado por la unión de todos los elementos del grupo XVII en estado de oxidación (-1) y un elemento.
-1
EVII +
Elemento = Haluro
Fluoruro de litio (LiF) Cloruro de sodio (NaCl) Yoduro de potasio (KI) Cloruro de litio (LiCl) Fluoruro de cloro (ClF)
Yoduro de Potasio.
•
Son compuestos sales tienen en común el anión CO32- y se derivan del ácido carbónico H2CO3 y se unen con otro elemento.
23 + Elemento = Carbonato
CO
calcita (CaCO3) dolomita (MgCa(CO3)2) rodocrosita (MnCO3) malaquita (Cu2CO3(OH)2) y azurita(Cu3(CO3)2(OH)2
Cloruro de Sodio.
Calcita.
Rodocrosita.
Clasificación por su Composición Química. e. Sulfatos . •
c. Silicatos.
Son compuestos sales tienen en común el anión SO42- y se derivan del ácido Sulfúrico H2SO4 y se unen con otro elemento.
SO
24 + Elemento = Sulfato
Anhidrita (CaSO4) Baritina (BaSO4) Calcantita Minerales del grupo VI Selenita (CaSO4·2H2O - Hidratado) Fluoruro de cloro (ClF)
Selenita.
•
•
Es el compuesto formado por la unidad fundamental de los silicatos, el tetraedro de (SiO4)4- y otro elemento. Son los que conforman en el grupo más abundante en la corteza terrestre (con un 90%).
S iO
Baritina.
24 + Elemento = Silicato
Nesosilicatos: tetraedros libres. Olivino Granate Sorosilicatos: tetraedros unidos por un vértice. Epidota Lawsonita Ciclosilicatos: tetraedros, unidos en anillo. Turmalina Inosilicatos: tetraedros unidos en largas cadenas de longitud indefinida. Piroxenos. Filosilicatos: tetraedros unidos por tres vértices Clorita Micas Caolinita Tectosilicatos : tetraedros unidos por sus cuatro vértices
Olivino.
Epidota.
Piroxeno.
Anfiboles.
Muscovita (Mica).
Biotita (Mica).
Cuarzo.
5. ELEMENTOS DE SIMETRIA
Definición: Son las entidades geométricas (puntos, líneas y planos) respecto de las cuales se realizan las operaciones de simetría. Cristal monoclínico
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Elemento de simetría
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Identidad Es una operación trivial equivalente a no hacer nada, deja cualquier objeto inalterado Es necesaria por razones matemáticas a la hora de definir el concepto de grupo matemático
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Rotación La operación de rotación consiste en realiza un giro de m·360º/n alrededor de un eje de rotación. Cristal hexagonal
berilio
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Reflexión Esta operación se lleva a cabo a través de un plano (plano de reflexión) que produce una imagen reflejada coincidente con el objeto original
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Plano de simetría horizontal :Se sitúa perpendicularmente al eje de rotación propia principal Plano de simetria vertical:Plano que contiene al eje de rotación principal. Se reserva para los planos que atraviesan el mayor número de átomos o para los que contienen a los ejes cartesianos de referencia Plano diédrico (tipo especial de plano vertical) Plano que biseca el ángulo diédrico determinado por el eje de rotación principal y dos ejes binarios perpendiculares adyacentes perpendiculares al eje principal
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6. TIPOS DE HÁBITO
Es el aspecto macroscópico que presentan los minerales. El hábito se encuentra condicionado por factores externos al mineral.
En una primera clasificación, el aspecto de los minerales se puede dividir en cristales aislados, asociaciones o agregados de cristales, y masas.
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CRISTALES AISLADOS
Acicular: cristales delgados en forma de agujas, como en la natrolita.
Coraloide: en forma de coral, como en el aragonito.
Prismático o columnar: en forma de prisma, como en la turmalina.
Pirita en forma de dodecaedro.
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Arborescente: similar a un árbol, como en la plata nativa.
Reticulado: cristales laminares alargados finos formando una red, como en la cerusita.
Dendrítico: con forma de hojas de plantas, como en la pirolusita.
Fibroso: muestra pequeñas fibras paralelas que se pueden separar, como en el yeso.
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Masivo o compacto: sin forma determinada, como la serpentina.
Botroidal: formas esféricas agrupadas formando racimos, como en el apatito.
Globular: individuos esféricos, como la calcita.
Reniforme: formas semejantes a riñones, más alargadas que en a el hábito botroidal, como en la hematita. +
i
7. FORMAS DE CRISTALIZACIÓN
El octaedro es una forma compuesta de 8 triángulos equiláteros. Dichas caras en forma de triángulos interceptan a los tres ejes cristalográficos a la misma distancia, su forma de notación de {111} Los Minerales comúnmente exhiben la misma forma octaédrica simple como es el caso de la magnetita, cromita, franklinita, espinela, pirocloro, cuprita, oro, y diamante. En ocasiones la fluorina, pirita y galena toman esta forma.
a + i
(Dodecaedro Rómbico). Esta forma está compuesta de 12 caras de forma rómbicas. Las caras de esta forma interceptan dos de los ejes equidistantes y es paralelo al tercer eje, su notación es {011}. Las diferentes especies minerales del grupo del granate presentan muy comúnmente esta forma. La magnetita y la sodalita, en ocasiones exhiben esta forma.
a + i
Esta forma tiene 24 caras triangulares isósceles. La manera más fácil de comprender esta forma es la visualización del cubo interpretando por otro cubo de caras iguales que ha sido intercedido desde el centro de la cara del cubo. Cada cara triangular tiene su base agregada al límite del cubo, y la cúspide de las cuatro caras triangulares permite observar un eje de simetría de orden cuaternario.
a + i
(Tetragon - trioctaedro)
Esta forma tiene 24 caras similares a la forma de un trapezoedro. Tiene un conjunto de cuatro caras planas no paralelas. Dichas caras se interceptan en el eje cristalográfico a una distancia considerada como la unidad y a los otros dos ejes a distancias iguales, dichas distancias podrían ser más grandes que la unidad. Los dos silicatos más comunes que cristalizan como trapezoedros son la analcima y la leucita. Esta forma es poco conocida y varía desde dominante a subordinada en el caso de las variedades del granate, donde se le observa combinada con el dodecaedro
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(Trigonal Trisoctaedro). Esta es otra forma de 24 caras, pero las caras son triángulos isósceles, cada cara intersecta dos ejes cristalográficos, y el tercer eje en algún múltiplo de la unidad .Para visualizar mejor un trisoctaedro, es mejor pensar en un octaedro. Cada cara octaédrica está dividida en tres triángulos isósceles, dibujando tres líneas desde el centro de la cara octaédrica y alcanzando las tres esquinas de cada cara, repitiendo la misma operación en las otras siete caras del octaedro usted tiene el. Como una forma dominante, el trisoctaedro es poco común, se presenta más comúnmente en el diamante y como forma subordinada.
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Esta es una forma de 48 caras triangulares, seis caras parecen estar levantadas de cada cara de un simple octaedro. Estas podrían visualizarse dibujando una línea desde el centro de cada uno de los bordes de una cara octaédrica a través de una cara central a la esquina opuesta. Repitiendo este mecanismo para las otras 7 caras de un octaedro, se puede construir el hexoctaedro.
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FORMA CRISTALINA
Es el cruzamiento de espacios cristalinos. Se dividen en dos grupos:
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1.- Forma cristalina abierta a)
Pedión
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b) Pinacoide:
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c) Domo
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d) Biesfenoide
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e) Prismas
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2.- Forma cristalina cerrada a) trapezoedro.
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b) Bipirámide
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c) Romboedro
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d) Escalenoedro
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