¿Que es la Cristalografía? con 60 Modelos Recortables Por
Sri Deva Fénix
“Dedicado a todos los Curiosos del Mundo”
¿Que es la Cristalografía? Es el estudio del crecimiento, la forma y la geometría de los cristales y se le conoce como cristalografía. Esta disciplina estudia los cuerpos cristalinos (griego: Kristallos + grafo = cristal + descripción) Los griegos ya determinaron al agua helada como cristal. Al cuarzo transparente se le llama cristal rocoso, que se formaba cuando el agua se congelaba y se petrificaban. Esta interpretación fue válida hasta la Edad Media. Hoy en día cristal es todo mineral con formas poliédricas. 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; pero el granate, que ocasionalmente forma también cubos, se encuentra con más frecuencia en dodecaedros (sólidos con 12 caras) o triaquisoctaedros (sólidos con 24 caras).
¿Qué es un cristal? Un Cristal, es la porción homogénea de materia con una estructura atómica ordenada y definida y con forma externa limitada por superficies planas y uniformes simétricamente dispuestas.
¿Cómo se forman? Los cristales se producen cuando un líquido forma lentamente un sólido; esta formación puede resultar de la congelación de un líquido, el depósito de materia disuelta o la condensación directa de un gas en un sólido. Los ángulos entre las caras correspondientes de dos cristales de la misma sustancia son siempre idénticos, con independencia del tamaño o de la diferencia de forma superficial. La mayor parte de la materia sólida muestra una disposición ordenada de átomos y tiene estructura cristalina. Los sólidos sin estructura cristalina, como el vidrio, son amorfos. Debido a su estructura, son más parecidos a un líquido que a un sólido. Se conocen como líquidos superenfriados
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. A pesar de sus hábitos diferentes (formas de cristalización), la sal y el granate cristalizan siempre en la misma clase y sistema. En teoría son posibles treinta y dos clases cristalinas; pero sólo una docena de clases incluye a casi todos los minerales comunes, y algunas clases nunca se han observado. El 1º texto serio escrito aparece sobre 1556 por George Agricola, en una de sus obras “De Natura Fossilium” donde reconoció la importancia de las formas geométricas.
A partir del s.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. Häy habla de la esfoliación, 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 “molécula elemental” 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. Las treinta y dos clases se agrupan en seis sistemas cristalinos, caracterizados por la longitud y posición de sus ejes (líneas imaginarias que pasan por el centro del cristal e intersectan las caras definiendo relaciones de simetría en el cristal). Los minerales de cada sistema comparten algunas características de simetría y forma cristalina, así como muchas propiedades ópticas importantes.
Condiciones de formación Los mismos líquidos, que se solidifican lentamente en las profundidades de la Tierra para formar granito, son expulsados a veces en forma de lava a la superficie donde: Si se enfrían muy rápido forman una roca vítrea llamada obsidiana. Si el enfriamiento es algo más lento, se forma una roca llamada felsita; su estructura es cristalina, pero con cristales demasiado pequeños para ser vistos sin microscopio. Una estructura así se llama criptocristalina o afanítica. Un enfriamiento aún más lento produce una roca de estructura porfídica, en la que algunos cristales son suficientemente grandes para ser visibles; esta roca, que puede tener la misma composición que la obsidiana, la felsita o el granito, se llama riolita. El granito, la riolita y la felsita no son homogéneos y por tanto no pueden ser un único cristal; son, sin embargo, rocas cristalinas.
Los seis sistemas cristalinos tienen mucha importancia para los mineralogistas y los gemólogos;
Demos un vistazo a vuelo de pájaro: 1. Cúbico Los cristales cúbicos, como el de la pirita, tienen tres ejes perpendiculares con la misma longitud. La estructura cúbica, o isométrica, es la más simétrica entre todos los cristales. El sistema cristalino de la pirita forma rocas bastante duras, pero muy friables. La pirita se conoce también como "oro de los tontos" debido a su color amarillo y a su lustre metálico. Este sistema incluye los cristales con tres ejes perpendiculares unos con otros, y con la misma longitud.
-2. Tetragonal Sus ejes son perpendiculares y dos de ellos tienen la misma longitud. Este sistema incluye los cristales con tres ejes perpendiculares unos con otros, dos de los cuales tiene el mismo tamaño. -3. Este sistema incluye los cristales con tres ejes perpendiculares unos con otros, todos de distinto tamaño. Tiene tres ejes perpendiculares dos a dos con longitudes distintas. Muestra exfoliación perfecta, esto es, se divide con facilidad a lo largo de planos secantes específicos. -4. Monoclínico Este sistema incluye los cristales con tres ejes de distinta longitud, dos de los cuales son oblicuos (es decir, no perpendiculares) entre sí, pero perpendiculares al tercero. -5. Triclínico Los cristales triclínicos muestran la menor simetría entre todos los sistemas cristalinos. Sus ejes son desiguales y nunca forman ángulos rectos. Este sistema incluye los cristales con tres ejes de distinto tamaño y oblicuos los unos con los otros.
6. Hexagonal Este sistema incluye los cristales con cuatro ejes. Tres de estos ejes se encuentran en un mismo plano, distribuidos simétricamente y con el mismo tamaño. El cuarto eje es perpendicular a los otros tres. Algunos cristalógrafos dividen el sistema hexagonal en dos, creando un séptimo sistema llamado trigonal o romboedral. Desde los años 50 se da más importancia a la estructura. La cristalografía la dividimos en: Estructural: analiza la estructura de los motivos (átomos, moléculas,...) Geométrica: estudia el ordenamiento de los motivos, se ocupa de la forma externa. Física: trata las propiedades físicas. MINERALOGÍA: es una ciencia reciente, pero se conoce desde hace mucho, como los pigmentos y otros minerales para obtener metales. Agricolas es el 1º en tratar este tema con seriedad y hace una recopilación de minerales. Esta ciencia la dividimos en: petrografía, metalurgia, cerámica...
1.Cristalografía elemental: - los cristales son considerados como agregados de esa molécula elemental: Escuela alemana Weús-Miller se estudia desde la matemática. Escuela francesa se estudia desde lo experimental. - los fenómenos isomorficos (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 formas y los enlaces que los unen. Los átomos están empaquetados de forma ordenada.
ESTADO AMORFO Y CRISTALINO Amorfos: son muy pocos sólidos, inorgánicos y naturales, no poseen un orden interno y por lo tanto exteriormente tiene forma irregular. Carecen de constantes físicas. Cristalizados y cristalinos: la mayoría presenta una regularidad interna, se forman de forma ordenada, aparece un núcleo que comienza a crecer por agrupaciones de iones o moléculas. Crecerá en función del tiempo y el espacio. En libertad este orden interno se refleja externamente, estos son los cristalizados. Cuando no está libre, no se refleja externamente o lo refleja defectuosamente, estos son los sólidos cristalinos. Estos si tienen constantes físicas como: punto de ebullición, punto de fusión... CRISTAL es cualquier sólido con estructura interna ordenada, independientemente de la forma externa.
PROPIEDADES La 1º característica es la periodicidad, sus componentes están situadas paralelas y a igual distancia a lo largo de una determinada dirección. Es una repetición monótona de agrupaciones de átomos. La distancia a la cual se repiten estas unidades estructurales es el “periodo de traslación o de identidad”. La homogeneidad, se dice que hay una homogeneidad física cuando dos porciones de una sustancia con igual forma y dimensión e igual orientación en el espacio, son absolutamente idénticas. Esto determina la existencia de direcciones y planos equivalentes, todos ellos paralelos y con las mismas propiedades. La anisotropía es una propiedad de los cristales. Se da cuando los vectores representativos de la propiedad cambian con la dirección en el espacio. En los cristales se da por su distribución de caras y aristas que no equidistan lo mismo del centro. PROCESO DE CRISTALIZACIÓN Los cristales se forman a partir de disoluciones, fundidos y vapores. Los átomos en 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.
Los cristales pueden formarse de una disolución por descenso de la temperatura o de la presión. También se puede formar a partir de una masa fundida de igual forma que las disoluciones. Por otro lado, aunque la cristalización a partir de un vapor es menos corriente, los principios básicos son muy parecidos. TIPOS DE REDES La distancia entre partículas se llama “traslación” y pueden tener distintas direcciones. Podemos representarlas por la “ teoría de las redes cristalinas” constituidos por nudos. Están separadas por traslaciones (vectores), que son en cada caso una distancia fija. Una fila de nudos forma una red monodimensional. Dos filas reticulares conjugada forman una red bidimensional, el conjunto de las dos traslaciones forma una celda.
Propiedades:
debido a estas constantes reticulares son periódicas. Otra característica es la homogeneidad, es decir, todos los nudos son idénticos, independientemente de la posición. Además son simétricos, es decir, la operación que hace coincidir dos nudos homólogos, esto es debido a las traslaciones. La magnitud de la traslación varía con la dirección y por lo tanto decimos que es anisótropa. En una red tridimensional la celda principal es un paralelogramo.
Redes planas. Obtenemos los distintos valores para a y b y para g. Encontramos varios tipos: oblicua, rectangular, rómbica, hexagonal, cuadrada. Además podemos encontrar dos más, añadiendo un nudo en la operación de centralización, pero esto sólo es válido para las redes rectangular y rómbica, puesto que al añadir un nuevo nudo debe generar una nueva red. Así al añadir un nudo en la red rectangular obtenemos rombos y al añadir un nudo en la red rómbica se originan rectángulos. En total hay siete redes planas. Si encontramos una tercera traslación forman una red tridimensional Y los ángulos serán A , B , C, y los módulos se llaman a, b y c y estas son constantes reticulares.
Redes tridimensionales Las redes primitivas se les denomina con P y a las redes centradas A, B y C. Cuando centramos todas las caras la llamamos F. Cuando además puedo centrarla en el interior la denomino I.
Colección de 60 modelos recortables y armables de Cristalografía … Recomendaciones: Imprímalas sobre un papel grueso, preferiblemente sobre cartulina.
Nota Los nombres de las figuras, se han omitido con la intensión de poner este pequeño ejercicio a los interesados …
Buena suerte
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