SIMETRIA Y CRISTALIZACIÓN
Blanca Bauluz Lázaro
Dpto. de Ciencias de la Tierra
IUCA- Facultad de Ciencias
Universidad de Zaragoza
2017/18
Participantes en la V Edición del Concurso de Cristalización
- Cincuenta centros distintos
- Grupos diversos - nivel académico- edad de los estudiantes- tamaño de los grupos- asignatura en las que se va desarrollar la
actividad- procedencia geográfica
¡ los profesores decidís como desarrollar la actividad !
- ¿Qué es un cristal? ¿Qué es un vidrio?
- ¿Qué es la simetría?
- ¿Por qué presentan esas formas?
- ¿Cómo describimos los cristales?
- ¿Por qué, para qué cristalizamos?
- ¿Cómo se forma un cristal?
- ¿Podemos aprender de la naturaleza?
¿ Qué es un CRISTAL?
SÓLIDO ORDENADO
Las partículas (átomos) constituyentes están ordenados según una estructura
tridimensional periódica.
HALITA (SAL COMÚN): NaCl
El orden interno de los cristales puede, o no, manifestarse al exterior dando caras, aristas y vértices.
cristales naturales y artificialescristales orgánicos e inorgánicoscristales transparentes y opacoscristales coloreados e incoloros
TODOS los cristales tienen una estructura interna ordenada que les confiere simetría.
LOS CRISTALES NATURALES FORMADOS POR PROCESOS
INORGANICOS SON MINERALES
λ= Å d = Å
Los CRISTALES producen diagramas de difracción de RX a partir de los cuales se
puede reconocer su estructura.
HALITA (SAL COMÚN) Mineral(natural)
Mineral(natural)
Cristal(artificial)
Vidrios naturales y artificialesVidrios orgánicos e inorgánicosVidrios transparentes y opacosVidrios coloreados e incoloros
¿ Que es un VIDRIO?
SOLIDO NO ORDENADO(amorfo)
¿EJEMPLOS?
Obsidiana (vidrio volcánico)
¿ cristales o vidrios?
Materiales amorfos
circonita
Copas de vinoPumita(piedra pomez)
Sepiolita
Lámpara de sal
Oro
Ejercicio. Averigua si estos materiales son, o no, cristalinos.
SIMETRIA: “correspondencia exacta en la disposición regular de las partes o puntos de un cuerpo o figura con relación a un centro, un eje o un plano”. R.A.E.
LOS CRISTALES TIENEN SIMETRIA¿Qué ES LA SIMETRIA?
La SIMETRÍA:
Es una característica que
presentan algunos objetos
que consiste en que al
realizar determinados
movimientos sobre el objeto,
este se repite
superponiéndose punto a
punto sobre otro
indistinguible del primero
http://ocw.uniovi.es/pluginfile.php/677/mod_resource/content/1/1C_C11812_A/cristalografia/5/5.htm
SIMETRIA INTERNA: distribución de los partículas que constituyen el cristal
SIMETRIA EXTERNA: distribución de la caras que forman el cristal
La forma está directamente relacionada con la estructura interna del cristal.
El Cl y Na se repiten a distanciasconstantes y de modo alternante,a lo largo de tres direccionesmutuamente perpendiculares.
Estructura de la HALITA (Na Cl)
SISTEMA CUBICO
HALITA (Na Cl)
Si y O
S. TRIGONAL
Estructura del CUARZO (SiO2)
CUARZO (SiO2)
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
Combinaciones de los elementos de simetría que explican la disposición de las caras en los cristales
- Planos de simetría- Ejes de orden 1, 2, 3, 4 y 6.
32 Grupos puntuales de simetría COMBINACIÓN TRICLÍNICO MONOCLÍNICO TETRAGONAL TRIGONAL HEXAGONAL CÚBICO NOMBRES
X 1 2 4 3 6 23 Tetartoedrías
X par m 4 6 - Tetartoedrías con eje de inversión
X.1 1 2/m 4/m 3 6/m 2/m3 Hemiedrías paramórfica
RÓMBICO
X.2 2 222 422 32 622 432 Hemiedrías enantiomórfica
X.2 m 2mm 4mm 3m 6mm - Hemiedrías hemimórfica
X.2 y X.2 - 2mm 42m - 6m2 43m Meroedrías con eje de inversión
X.2.1 2/m 2/m2/m2/m 4/m2/m2/m 32/m 6/m2/m2/m 4/m32/m Holoedrías
¿Y que pasa cuando los cristales no presentan una forma cristalina “esperable”?
Equidimensional Prismático/ prismático-columnarAcicular Fibroso
Planar o Laminar
Hojoso
TabularPrismático o prismatico-planar
Listón
Aumento de la elongación
Dism
inuc
ión
del g
roso
rMayor desarrollo de una dimensión frente a las otras dos
Men
or d
esar
rollo
de
una
dim
ensi
ón f
rent
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las
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s
Hábito es el aspecto general de un cristal debido al
desarrollo relativo de las distintas formas.
YESO (CaSO4•2H2O)Hábitos
Columnar
Prismático
Borde inf de la imagen= 5 cm
Fibroso
Borde inf de la imagen= 5 cm
Lenticular
HábitosYESO (CaSO4•2H2O)
CALCITA (CaCO3)Hábitos
Tabular
Planar Acicular
Un ejemplo cotidiano: La sal común
Sal negra
Sal del Himalaya
¿Como describir los cristales que se forman?
En la naturaleza y en el laboratorio es habitual qué varios cristales de la misma o distinta composición se formen en un espacio reducido.
El conjunto formado por varios cristales se denomina agregado cristalino.A.C. homogéneos: agrupación de cristales de la misma composición.A.C. heterogéneos: agrupación de cristales de distinta composición.
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
Entender los procesos de cristalización que ocurren en la naturaleza
Obtener cristales con propiedades similares o mejores que los cristales naturales (=minerales)
¿Por qué? ¿Para qué cristalizamos?
Nucleación
Formación de un conjunto de partículas estructurales (átomos, iones, o moléculas) que dispuestos ordenadamente sirven de semilla para el futuro cristal.
En una fase fluida
- Nucleación
- Crecimiento del cristal a partir de ese núcleo.
¿ Cómo crece un cristal?
Nucleación homogénea: unión de una serie de partículas entre si mediante fluctuaciones o choques estadísticos
Nucleación heterogénea: asociación de partículas sobre una impureza o sobre una superficie que actúa de centro de nucleación.
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).
¿ Qué necesitamos para que se forme un núcleo?
Aporte constante de elementos químicos
¿ 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 es muy alta el cristal crece más rápidamente, atrapa inclusiones fluidas y presenta imperfecciones y tamaños más pequeños.
Si es débil se forman cristales grandes y uniformes.
Las caras tienen diferentes
velocidades de crecimiento.
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?
¿ Podemos aprender de la
naturaleza ?
DISOLUCIÓN Y CRISTALIZACIONde CaCO3
TemperaturaCO2 aire y en el aguaConcentración iónicaCalcita y aragonito
Formación de cuevas
CUEVA de los CRISTALES GIGANTES de NAICA
Cristales de Yeso (CaSO4 ·2H2O)
CRISTALES GIGANTES DE NAICA
CRISTALES GIGANTES DE NAICA
Aguas calientes (asociadas a actividad ígnea) T= 52ºC. Ricas en sulfuros (pH<7)Cueva profunda (300 m profundidad)
Chihuahua. Norte de México. Mina en explotación desde 1794.Explotan minerales de Pb, Ag, Zn y Cu.
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.
Planetario de Huesca. 25 de octubre - 11 de diciembre de 2017
Cámara de Comercio de Teruel. 19 diciembre - 26 de enero de 2018