Capítulo 2 · 2016-08-12 · CRISTALOGRAFIA . CRISTALOGRAFÍA DEF: Estudio de los Cristales y las leyes que gobiernan su crecimiento, forma externa ... PROYECCION ESTEREOGRÁFICA

Capítulo 2

CRISTALOGRAFIA

CRISTALOGRAFÍA

DEF: Estudio de los Cristales y las leyes que gobiernan su crecimiento, forma externa y

estructura interna.

CRISTAL: Sólido homogéneo que

posee un orden interno tridimensional, que bajo condiciones favorables puede expresarse externamente por la formación de superficies planas y

pulidas.

Cristal de Roca

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.

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CRISTALIZACION Los cristales se forman a partir de disoluciones, fundidos y vapores

Los átomos en estos estados tienden a:

Concentración

P

T°

Disolución

Conocen el comportamiento de la sal común al ser disuelta en un recipiente y luego es sometida a procesos de evaporación??. Qué ocurre??

Cl-

CALOR

Na- Cl- Na- NaCl

PROCESO NUCLEACION Y/O CENTROS DE CRISTALIZACION

Ejemplo de Cristalización por DISOLUCIÓN + EVAPORACION DEL DISOLVENTE

Fundidos

Vapores

AMBIENTES DE FORMACIÓN DE LOS MINERALES

Mineralogía y Cristalografía

Fundación Universitaria del Área Andina

AMBIENTES MAGMATICOS

el magma esta constituido por oxigeno, silicio, aluminio, calcio, magnesio, sodio y potasio, estos fluidos tienden a ascender en la corteza enfriándose y solidificándose de forma lenta en profundidad dando origen a las rocas ígneas intrusivas o saliendo ala superficie y enfriándose bruscamente generando las rocas ígneas efusivas o extrusivas, este enfriamiento permite la cristalización progresiva de minerales siendo los primero en formase los ferromagnesiano como el olivino, piroxenos y las plagioclasas que forman rocas maficas y ultramaficas pobres en sílice, estas rocas dan a lugar a un tipo de yacimientos de minerales denominados ortomagmaticos que contiene cantidades anómalas de cromita, sulfuros de niquel, cobre y Platino

el magma va acompañado de aguas y vapores a los que se les dominas fluidos hidrotermales, estos fluidos son ricos en sílices, cloruros, y muchos metales en solución, al ir ascendiendo pueden encontrar algunas fracturas en las rocas donde se solidifican y forman así los filones hidrotermales( Au. Cu, Barita) o generar un metamorfismo de contacto si la roca es carbonatada se crean los llamados skarn yacimientos ricos en Fe, Cu, W, C (grafito), Zn, Pb, Mo, Sn, U, Au, granate, talco y wollastonita.

Tipos de agua que pueden contribuir a la formación

de un yacimiento hidrotermal. a.- agua magmatica: procede de lo que queda de la

cristalización de un magma b.- agua meteórica: agua de lluvia infiltrada que al

lavar la roca se ha cargado de elementos de interés económico;

c.- agua connata: agua embebida en los sedimentos;

d.- agua metamórfica: al formarse una roca metamórfica se libera una cantidad de agua;

e.- agua juvenil: proviene del manto. Pero los fluidos hidrotermales también pueden llegar a la superficie y generar fumarolas y fuentes hidrotermales, alrededor de las cuales se pueden depositar, cuarzo, oro azufre, sulfuros, algunos minerales de origen hidrotermal como la pirita, calcopirita, galena, blenda o escalerita, la bornita ante la presencia de aguas superficiales pueden alterarse y general otro minerales

Ambiente Metamórfico

Determinado por el cambio de condiciones (presión temperatura o composición ) en el que tuvo lugar la génesis de una roca preexistente. Este cambio de condiciones favorece la recristalización de minerales, o la neoformación (cristalización de otros nuevos), en un proceso denominado metamorfismo. Así, a partir de una roca original obtenemos una roca metamórfica. En casos extremos se puede producir la fusión o anatexia de las rocas originándose un magma, entre los minerales metamórficos tenemos: serpentina, clorita, granate, cianita, andalucita, silimanita, anfíboles, rutilo, corindón, espínela.

Ambiente sedimentario Las rocas al estar sometida a la intemperie se desgastan, se meteorizan, los minerales que las componen se alteran varían su estructura y se transforman en otros minerales mas estables a las condiciones ambientales en la que se encuentran, ( illita, caolín, montmorillonita, zeolitas, bauxitas, cloritas, formados por alteración de feldespatos, olivinos y piroxenos) los mas resistente forman partículas de diversos tamaños que son trasportados en soluciones, o por el viento y son precipitados formando nuevos sedimentos, compactados.

Cuarzo, feldespatos, micas, plagioclasas, granates, magnetita, circonio, hematinas. si este proceso se genera en cuencas costeras o restringida, y con una alta concentración de sales se generan la rocas evaporiticas o químicas, en este ambiente se genera el yeso, la halita, la silvinita, carnalita, el aragonito, las fosforitas, Los fosfatos , sulfatos, nódulos de manganeso.

Otras partículas son depositadas generando sedimentos clásticos como gravas, arenas y limos que se denominan placeres y que son de interés económico por la presencia, de oro, diamante, platino, ilmenita, circón, monacitas y otro

Ambientes Sedimentarios

Ambientes glaciales Ambiente fluviales Ambientes Desérticos Ambientes cársticos Ambientes lacustres, lagos, lagunas Ambientes palustres, marismas o turberas Ambientes estuaricos Ambientes deltaicos Ambientes de playas Ambientes Marinos (Neritico, Batial y Abisal)

ES EL VIDRIO UN CRISTAL ?

Modelo atómico en un

material ordenado (cristal)

Modelo atómico de un

vidrio

Materiales amorfos

(desordenados o poco ordenados)

El cristal está formado por la repetición monótona de agrupaciones atómicas ordenadas y paralelas entre sí y a distancias repetitivas específicas, adoptando debido a los enlaces químicos disposiciones geométricas específicas llamadas “motivos”.

Estructura Interna de los Cristales

Red Cristalina el motivo se sustituye

por un punto único, el resultado es una orientación periódica tridimensional de puntos que se define como Retículo; éstos son entramados sobre los que se forman los cristales y el paralelepípedo más pequeño es la celda unidad, (la celda fundamental de un cristal)

Hay disposiciones que deben cumplirse en un retículo:

Los alrededores de todos los puntos del retículo deben ser

idénticos (HOMOGENEIDAD)

Las celdas unidad formadas deben ocupar todo el espacio sin dejar “agujeros”.

Anisotropía Es la propiedad general de la materia según la cual determinadas propiedades físicas, tales como: elasticidad, temperatura, conductividad, velocidad de propagación de la luz, etc. varían según la dirección en que son examinadas.

Simetría que el cuerpo conserve todas sus dimensiones

Redes de Bravais

Red de Bravais Sistema

Red Triclínica primitiva, P Triclínico

Red monoclínica primitiva, P Monoclínico

Red monoclínica centrada en las caras, C

Red rómbica primitiva, P

Rómbico Red rómbica centrada en las bases, C

Red rómbica centrada en el interior, I

Red rómbica centrada en las caras, F

Red tetragonal primitiva, P Tetragonal

Red tetragonal centrada en el interior, C

Red hexagonal primitiva, P Hexagonal

Red romboédrica primitiva, P Romboédrico o Trigonal

Red cúbica primitiva, P

Cúbico o Isométrico Red cúbica centrada en el interior, I

Red cúbica centrada en las caras, F

FORMAS CRISTALINAS

Pedión Pinacoide Esfenoide Domo Prisma

Cubo Octaédro

e) Prisma rómbico:

f) Biesfenoide

g) Pirámide rómbica

h) Bipirámide rómbica.

Combinación de un

prisma y una bipiramide

hexagonal

110

101 011

011 _

110

_

101 _

Según la forma cristalina:

Euhedrales o idiomorficos

Subhedrales o Subidiomorficos

Anhedrales o Xenomorfos GRADO DE CRISTALINIDAD

Euhedral o idiomorficos : cuando se encuentran bien formados y posee caras cristalográficas.

•Subidiomorficos o Subhedrales : cuando presenta al menos una cara cristalográfica

Xenomorfos o anhedrales : cuando no presenta ninguna cara cristalográfica, es decir es un cristal amorfo

FORMA EXTERNA DE LOS CRISTALES

La superficie del cristal depende de:

El medio externo en el cual crece el cristal

Influencias externas: Temperatura, Presión, Naturaleza de la Disolución y Dirección del movimiento de la Disolución.

Estructura Interna

Ley de Steno (1669): “Los ángulos entre las caras equivalentes de los cristales de la misma sustancia medidos a la misma temperatura, son constantes”.

Propiedades Vectoriales de los Cristales

Las diferentes disposiciones atómicas a lo largo de los diferentes planos o direcciones cristalinas, dan lugar a las propiedades vectoriales: Dureza

Conductividad térmica y eléctrica

Expansión térmica

Velocidad de crecimiento

Difracción de rayos X, etc.

SIMETRÍA CRISTALINA

la simetría de la red cristalina es la celda unidad. que por ser periódica, es un medio simétrico, y todas sus propiedades derivan de ella.

Elementos de Simetría

Plano de Simetría p, o de reflexión m, refleja partes, o todos, idénticos del objeto a través de un plano

SIMETRÍA CRISTALINA

El eje de rotación ó de simetría (A) (L) origina una rotación al objeto de 360º/n alrededor del eje (de derecha a izquierda).

SIMETRÍA CRISTALINA

Centro de simetría Inverso, (i), o centro de inversión, es un elemento de simetría puntual que invierte el objeto a través de una línea recta

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Definición

Centro de Simetría (C): Se dice que un cristal tiene un centro de simetría cuando al hacer pasar una línea imaginaria desde un punto cualquiera de su superficie a través del centro se halla sobre dicha línea y a una distancia igual, más allá del centro, otro punto similar al primero.

Definiciones

Eje de Simetría de Inversión Rotatoria o eje de rota inversión: Combina una rotación alrededor de un eje con inversión sobre un centro. Ambas operaciones deben completarse antes de que se obtenga la nueva posición.(i)

Ejes de simetría

Cualquier línea que pasa a través del centro del cristal y que se gire alrededor de un cristal , cierto número de grados, puede generar caras similares y se le denomina eje de simetría.

Dependiendo de los grados de rotación, existen cuatro tipos de ejes de simetría (de rotación) en cristalografía.

Cuando la rotación repite la forma cada 60 grados, se tendría un eje senario o la SIMETRÍA HEXAGONAL. Un hexágono simboliza al eje de rotación.

Cuando la rotación repite la forma cada 90 grados, se tendría un eje cuaternario o SIMETRÍA TETRAGONAL. Un cuadrado simboliza al eje de rotación.

Cuando la rotación repite la forma cada 120 grados, se tendría un eje ternario o SIMETRÍA TRIGONAL. Un triángulo equilátero simboliza al eje de rotación.

Cuando la rotación repite la forma cada 180 grados, se tendría un eje de binario de simetría o la SIMETRÍA BINARIA. Un ovalo simboliza al eje de rotación.

Cuando la rotación repite la forma cada 360 grados, se tendría un círculo lleno como notación. Este eje llamado monario lo tiene cualquier objeto y ¡¡no cuantifica la SIMETRÍA!!

Ejemplos

Ejes de Simetría de un hexaedro o cubo Planos de

simetría de un hexaedro o cubo

SISTEMAS CRISTALINOS

NOMENCLATURA

Eje de Rotación: An donde n=2,3,4,6

Planos de Simetría: P

Centro de Simetría: C

Símbolos de Hermann-Mauguin

Eje de rotación: 1,2,3,4,6

Eje de inversión rotatoria: 1, 3, 4, 6

Planos de simetría: m (Plano especular)

SISTEMAS CRISTALINOS

PROYECCION ESTEREOGRÁFICA La proyección estereográfica en cristalografía es la representación por intermedio de un estereograma de los ángulos entre las caras del cristal y las relaciones de simetrías entre ellas.

Proyección Estereográfica

Proyección estereográfica de cristales

Elementos de simetría

1 +4 +5m+i

SISTEMAS CRISTALINOS

SISTEMA ISOMÉTRICO: Los cristales tienen 4 ejes de simetría ternarios y se refieren a 3 ejes mutuamente perpendiculares de igual longitud.

SISTEMA HEXAGONAL: Todos los cristales tienen un eje de simetría ternario o senario. Se toman 4 ejes cristalográficos, 3 horizontales, iguales entre sí, que se cortan en ángulos de 120º, y el otro perpendicular a ellos y de diferente longitud.

SISTEMAS CRISTALINOS

SISTEMA TETRAGONAL: Los cristales tienen un único eje de simetría cuaternario. Los cristales se refieren a tres ejes perpendiculares entre sí, siendo de igual longitud los 2 horizontales y el vertical de diferente longitud.

SISTEMAS CRISTALINOS

SISTEMA ORTORRÓMBICO: Los cristales tienen tres elementos de simetría binarios, es decir, planos de simetría o ejes de simetría binarios. 3 ejes perpendiculares de diferente longitud.

SISTEMAS CRISTALINOS

SISTEMA MONOCLÍNICO: Poseen un eje binario o un plano de simetría, o la combinación de un eje binario y un plano. 3 ejes desiguales, 2 de los cuales se cortan en un ángulo oblicuo y el tercero es perpendicular al plano de los otros 2.

SISTEMAS CRISTALINOS

SISTEMA TRICLÍNICO: Un eje monario con simetría única. Este puede ser un eje giratorio sencillo o un eje monario de inversión. Los cristales se refieren a 3 ejes desiguales, todos ellos de intersección oblícua entre sí.

HÁBITO

Formas generales de los cristales. Cúbica, Octaédrica, Prismática, etc.

Está controlado por el medio ambiente en el que crecen los cristales, por lo tanto, pueden cambiar con la localidad.

Los cristales presentan solo raras ocasiones su forma geométrica ideal, pero aún los cristales mal formados o defectuosos, la evidencia de la simetría está presente en el aspecto físico de las caras y en la disposición simétrica de los ángulos interfaciales.

Acicular: cristales delgados

como agujas

Hojoso: cristales alargados

aplastados como hojas

Dendrítico: arborescencia con ramas divergentes parecidos a plantas

Radial: grupos

de cristales radiales

Drusa: superficie cubierta

con capas de pequeños cristales

Columnar : cristales como

columna robustas

Fibroso: En agregados

fibrosos delgados

Botroidal: formas globulares

como racimos de uvas

Mamilar: agregados minerales

en forma de mamas

Ovoliticos: agregado mineral formado por pequeñas esferas semejantes a huevos de pescados.

Geodas:

Estalactítico: cuando un mineral es en forma de conos o cilindros grandes. Las estalactitas se forman por la deposición procedente del goteo de agua que contiene el mineral desde la bóveda de una cavidad.

TUBEROSAS: Superficies redondeadas irregulares, con aspecto de raíces

Concreciones: agregados minerales formados a partir de un núcleo, son casi esféricas

Capilar o filiforme: cristales en forma de cabellos o hebras

MASIVO: agregados de cristales de los que no es posible distinguir la morfología de los cristales. Si estos se llegan a ver pero no se reconocen sus hábitos se denominan GRANULARES

Sistema Isométrico o Cúbico

Tetragonal

Ortorrómbico

Monoclínico

Triclínico

Hexagonal

CRISTALOQUÍMICA

Los minerales son compuestos químicos, tienen átomos y enlaces que unen esos átomos, dando como resultados la forma del mineral, los átomos tienen protones, neutrones y electrones.

la estructura cristalina de un mineral es el resultado de las condiciones de P y T, composición química y del ambiente geológico en el que cristaliza

FUERZAS DE ENLACES EN LOS CRISTALES

La propiedades físicas de los minerales como dureza tenacidad, conductividad, magnetismo exfoliación, brillo van a depender del tipo de enlaces que posea el mineral, entre mas fuerte sea el enlace mas duro será el mineral, mas elevada su temperatura de fusión, existen 4 tipos de enlaces, Covalente, Iónico, Metálico, Fuerzas de Van der Waals.

• Presentan un solo tipo de enlace

• Presenta dos o más tipo de enlaces

•Enlace fuerte, dureza media, frágiles, solubles en agua. Exfoliables malos conductores

•Muy fuerte, dureza alta, Aislantes, Insolubles, no conductores, puntos de ebullición y fusión altos.

•Muy débil, dureza baja, blandos. Aislantes, solubles en soluciones orgánicas, exfoliables.

•Baja dureza, conductores, térmicos, blandos, lustrosos, sectil, maleables, solubles en acido.

POLIMORFISMO

Substancia química

Mineral Sistema cristalino

Dureza Peso

Especifico

C Diamante Grafito

Cúbico Hexagonal

10 1

3,5 2,2

S2Fe Pirita Marcasita

Cúbico Rómbico

6 6

5,0 4,85

CO3Ca Calcita Aragonito

Rombohédrico

Rómbico

3 3,5

2,71 2,95

Igual composición química con estructura cristalina diferente.

Materiales que existen en más de una forma cristalográfica

GRUPO POLIMÓRFICO

set de minerales que tienes las misma composición química y diferentes estructuras cristalinas.

DIAGRAMA DE FASE DEL C

DIAGRAMA DE FASE DE LA SÍLICE (SiO2)

Grupos Polimórficos

SiO2: Cuarzo y

Tridimita y

Cristobalita

Coesita

Estishovita

FeS2: Pirita

Marcasita

FeOOH Goethita

Lepidocrocita

CaCO3: Calcita

Aragonito

Fe2O3

Hematita

Maghemita

ZnS: Esfalerita

Wurtzita

KAlSi3O8: Sanidina

Ortoclasa

Microclina

POLIMORFISMO

Ortoclasa: KAlSi3O8

Monoclínico

Microclina: KAlSi3O8

Triclínico

SEUDOMORFISMO Fenómeno que tiene lugar cuando por procesos de alteracion un mineral se transforma en otro cambiando su estructura interna, pero no se modifica su forma cristalina externa

Mineral resultante de un proceso de sustitución en el cual la apariencia y dimensiones permanecen constantes, pero el mineral original es reemplazado por otro.

El pseudomorfismo se puede dar por tres mecanismo, Sustitución, incrustación y Alteración

Tipos

Seudomorfo por infiltración Seudomorfo en el cual un mineral es reemplazado por otro, mediante los siguientes mecanismos: Sustitución con cambio químico total o parcial Oxidación a nivel iónico (Fe2+ Fe3+, S2- S0

S6+, etc.) Salida de algunos elementos y permanencia de

otros Combinación de algunos de los anteriores

Seudomorfo por incrustación Producto de un proceso en el cual un mineral es cubierto por otro y el mineral encapsulado se disuelve. Algunas veces otro mineral rellena el espacio previamente disuelto.

Limonita como seudomorfo de pirita

Calcocita como seudomorfo de pirita

Hematita como seudomorfo de almandino

Hematita como seudomorfo de marcasita

Malaquita como seudomorfo de cuprita

Goethita como seudomorfo de siderita

Anglesita como seudomorfo de galena

Mineraloides

Definición Compuestos que no cumplen a cabalidad la definición de mineral.

Sustancia que se asemeja a un mineral pero no demuestra: Cristalinidad minerales o materiales que carecen de una

estructura cristalina a gran escala.

Poseen composición química que está fuera de los rangos aceptados para minerales específicos.

Incluyen: Materiales amorfos

Vidrios

Mezclas de minerales, materiales de baja cristalinidad, amorfos, etc.

Ejemplos: limonita, bauxita, ópalo (SiO2.NH2O), arsenato de

Fe, vidrio volcánico (obsidiana), escorias, clinker, etc.

ISOMORFISMO

Dos minerales o más son isomorfos cuando presentan un

mismo sistema cristalino (igual forma) y distinta

composición química

Fuente : Naldrett 1989

Fusión parcial del manto

Precipitación

de los sulfuros

Precipitación

Posterior de

sulfuros

Redistribución

de metales por fluidos deutéricos y

metamórficos

INCORPORACIÓN DE:

OLIVINO

PIROXENO

GRANATE

ESPINELA

SULFUROS

CRISTALIZACIÓN

Enfriamiento

posterior