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CRISTALIZACIÓN:
del laboratorio a la naturaleza
(o viceversa)
Blanca Bauluz Lázaro
Dpto. de Ciencias de la Tierra
Universidad de Zaragoza
¿Por qué? ¿Para qué cristalizamos? Entender los procesos de cristalización que ocurren
en la naturaleza (ej. cristalización de silicatos a partir de fundidos de alta T) Obtener cristales con propiedades similares o
mejores que los cristales naturales (=minerales) (ej. síntesis de zeolitas)
En la naturaleza se forman cristales a distintas temperaturas:
- T= 700-1200ºC: cristales ígneos - T= 300-700ºC: cristales metamórficos - T<300ªC : cristales sedimentarios
Otros factores condicionantes: composición y temperatura del fundido/liquido, presión,
presencia de volatiles , etc.
Estructuras cristalinas (solidos de composición inorgánica) estables en la naturaleza.
Las fases cristalinas son mas estables (y abundantes) que las fases amorfas o vítreas en la naturaleza.
CONDICIONES DE FORMACION en el laboratorio o en la naturaleza
PROCESO DE CRECIMIENTO CRISTALINO
¿DE QUE DEPENDE EL ASPECTO EXTERNO DE
UN CRISTAL, DE UN MINERAL?
Nucleación
Formación de un conjunto de partículas estructurales (átomos, iones, o moléculas) que dispuestos ordenadamente sirven de semilla para el futuro cristal.
Nucleación homogénea: unión de una serie de partículas entre si mediante fluctuaciones o choques estadísticos (Tª alejada del 0ºK,) a la que los átomos puedan moverse y chocar entre ellos.
Nucleación heterogénea: asociación de partículas sobre una impureza o sobre una superficie que actúa de centro de nucleación.
En una fase fluida
- Nucleación
- Crecimiento del cristal a partir de ese núcleo.
¿ Cómo es el proceso de crecimiento cristalino?
que la solución tenga una sobresaturación crítica (depende de la sustancia y de la pureza del medio)
- Si los núcleos que se forman son muy pequeños, desaparecen.
- Para que el núcleo sea estable y sea posible su crecimiento
necesita tener un tamaño critico (escala Å).
El cristal empieza a existir cuando se ha formado
un núcleo cristalino.
¿ Qué necesitamos para que se forme un núcleo?
Aporte de elementos químicos de modo
constante
¿ Qué necesitamos para que el proceso de crecimiento cristalino progrese?
¿ La densidad de núcleos cristalinos condiciona la cristalización?
Si se forman muchos núcleos
agregado de numerosos cristales pequeños.
Si se forman pocos núcleos
agregado de pocos y grandes
cristales o grandes cristales aislados.
¿Es importante el grado de sobresaturación?
Si la sobresaturación es muy alta el
cristal atrapa inclusiones fluidas y
presenta imperfecciones y tamaños más
pequeños.
Con sobresaturación débil se forman
cristales grandes y uniformes.
(barra= 1 cm)
Las diferentes velocidades de
crecimiento de las caras se deben a las
diferencias en las irregularidades de su
superficie.
Las irregularidades favorecen que las
distintas caras adsorban con diferente
facilidad las partículas.
Se desarrollan más aquellas caras que poseen
menor velocidad de crecimiento.
Las caras de mayor velocidad de crecimiento
tienden a desaparecer.
¿Cómo crece el cristal? ¿Todas las caras se desarrollan por igual?
El Cl y Na se repiten a distancias constantes y de modo alternante, a lo largo de tres direcciones mutuamente perpendiculares.
Estructura de la HALITA (Na Cl)
SISTEMA CUBICO
HALITA (Na Cl)
Aguas calientes (Hidrotermales asociadas a actividad ígnea) T= 52ºC. Ricas en sulfuros (pH<7) Cueva profunda (300 m profundidad)
Chihuahua . Norte de México. Mina de Naica en explotación desde 1794. Explotan menas de Pb, Ag, Zn y Cu.
Aprender de la naturaleza: CRISTALES GIGANTES DE NAICA
Agua caliente con alta concentración iónica y ácida. Sistema “cerrado”. Fuente de calor y aporte de elementos químicos continuos en el tiempo
Agregados cristalinos
En la naturaleza, e incluso en el laboratorio, lo más habitual es qué varios
cristales de la misma o distinta composición se formen en un espacio
reducido con lo cual se produce entre ellos una competencia por el
espacio.
El conjunto formado por varios cristales se denomina agregados
cristalinos .
En función de los cristales que forman el agregado cristalino se
diferencia entre:
Agregados cristalinos homogéneos: agrupación de cristales de la
misma especie mineral.
Agregados cristalinos heterogéneos: agrupación de cristales de
distinta especie mineral.
Agregados cristalinos homogéneos
Agregados anáxicos: Fluorita CaF2
Agregados uniáxicos:
Olivino (Mg,Fe)2SiO4
Cuarzo SiO2
Yeso CaSO4.2H2O
Agregados biáxicos o maclas:
Agregados triáxicos:
Dado que no se rompe la
continuidad estructural podrían ser
considerados como monocristales.
Estaurolita (Fe,Mg,Zn)2Al9(Si,Al)4O22OH2
Yeso CaSO4.2H2O
Halita NaCl
Forma cristalográfica: conjunto de caras relacionadas entre si por
simetría.
Morfología cristalina
La forma está directamente
relacionada con la estructura
interna del cristal.
HALITA (Na Cl)
Granate (Ca3Cr2(SiO4)3) S. Cúbico
Zircon (Zr SiO4) (S. Tetragonal)
+
Formas cristalográficas
Forma cerrada
Forma abierta Forma abierta
Turmalina (S. Trigonal)
Oro (Au) (S. Cúbico)
Formas cristalográficas
Forma abierta
NaFe3Al6(Si6O18)(BO3)3(OH)3(F,OH)
Forma cerrada
Diamante (C) (S. cúbico)
Calcita (CaCO3) (S. Trigonal)
Formas cristalográficas
Forma cerrada
Forma cerrada
Yeso (CaSO4•2H2O) (S. Monoclinico)
1 pinacoide+ 2 prismas monoclinicos
Formas cristalográficas
Formas abiertas
Hábito es el aspecto general de un cristal debido al
desarrollo relativo de las distintas formas.
El hábito de distintos cristales de un mismo mineral puede
variar de un espécimen a otro pero la simetría permanece.
Morfología cristalina
Hábitos
Equidimensional Prismático/ prismático-columnar
Acicular Fibroso
Planar o Laminar
Hojoso
Tabular Prismático o prismatico-planar
Listón
Aumento de la elongación
Dis
min
uci
ón
del
gro
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Mayor desarrollo de una dimensión frente a las otras dos
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do
s
YESO (CaSO4•2H2O) Hábitos
Columnar
Prismático
Borde inf de la imagen= 5 cm
Fibroso
Borde inf de la imagen= 5 cm