Mineralogía - Ensayo

M I N E R A L O G I A[pic 1]

definición de mineral

Mineral: Se define como un sólido homogéneo de origen natural con una composición química definida (aunque estequiométricamente puede no ser fija ) y, generalmente, con una disposición atómica ordenada. Ejemplos son los minerales

Calcita: CaCO3               Cuarzo: SiO2

La cualidad de sólido excluye a los gases y a los líquidos. Excepciones la constituyen el mercurio nativo, que a pesar de ser líquido se considera mineral y el agua que aún en estado sólido se suele excluir de esta categoría.

Ejemplos de minerales sin fórmula estequiométricamente fija son los olivinos. Se trata de  silicatos  de  hierro  y  magnesio  SiO2  2(Mg  Fe)O,  donde  el  hierro  y  magnesio  entre paréntesis significa que se puede encontrar cualquier variedad de la especie mineral olivino, desde el puro silicato de magnesio al puro silicato de hierro con todos los tránsitos intermedios.

En los lechos de carbón que por procesos geológicos han sido sujetos temperaturas relativamente elevadas se han eliminado los hidrocarburos volátiles dejando el carbono como residuo. Este carbono cristalizado es el mineral denominado grafito, mientras que los componentes del carbón no se consideran minerales sino macerales.

Naturaleza de la materia cristalizada

La naturaleza interna de la materia cristalizada ya fue sospechada por el abate Haüy, quien al observar que exfoliando un romboedro de calcita se obtenían en unidades cada vez más diminutas, dedujo que en último grado se llegaría a un romboedro elemental indivisible formado por la disposición geométrica de los átomos que componen la unidad molecular del carbonato cálcico, pero no fue sino hasta que el óptico alemán, el barón von Laue logró difractar los rayos X en los cristales, que se demostró la naturaleza de la materia cristalizada como  periódica  y  ordenada,  respondiendo  a  una  disposición  geométrica  determinada  en cuanto a la disposición espacial de los átomos e iones que forman los cristales.

Los cristalógrafos emplean hoy en día el término cristal para referirse a cualquier sólido homogéneo que posee una estructura tridimensional interna ordenada, que bajo condiciones  favorables,  puede  expresarse  externamente  por  la  formación  de  superficies planas y pulidas. El estudio de los cristales y de las leyes que rigen su crecimiento, forma externa y estructura interna recibe el nombre de cristalografía, y se ha convertido en una

poderosa herramienta en mineralogía, química, física, metalurgia...

En algunas sustancias, tanto naturales como artificiales, sin embargo, los átomos e iones no se encuentran ordenados, sino que guardan posiciones aleatorias como en un líquido, aunque sin la movilidad que caracteriza a este último. Son los vidrios y su estructura se denomina amorfa.

Existen transiciones entre la naturaleza amorfa y cristalizada. Del perfecto cristal de cuarzo, se pasa al agregado microcristalino que constituye el pedernal y de esta a las variedades criptocristalinas en donde las unidades no se pueden apreciar, ni aún con ayuda del microscopio.

Energéticamente el estado cristalino mantiene una menor entropía y una mínima energía potencial, por ello constituye la forma más estable, y la materia sólida evoluciona hacia  este  estado.  Los  vidrios  volcánicos  más  antiguos  prácticamente  han  desaparecido, siendo sustituidos por agregados cristalinos de mayor ó menor tamaño.

CRISTALOGRAFÍA

Cristal: sólido homogéneo que posee un orden interno tridimensional caracterizado por la periodicidad. El estudio de estos cuerpos sólidos cristalizados y las leyes que gobiernan su crecimiento, forma externa y estructura interna, se denomina cristalografía.

Cristalino: posesión de una distribución ordenada de átomos en la estructura.

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:

NaCl  en  agua(H2O)  es  un  ejemplo  de  cristalización  a  partir  de  disolución  al evaporarse el agua.

Por descenso de presión: de una solución saturada, esta se sobresatura y se formaran cristales.

Por  descenso  de  temperatura:  Una  disolución caliente  admite  una  saturación  con mayor contenido salino, al enfriarse, se sobresaturará y la sal cristalizará.

A partir de vapor: a medida que el vapor se enfría, los átomos o moléculas separadas se van aproximando entre sí, hasta formar un sólido cristalino(copos de nieve a partir del aire saturado de vapor de agua).

MORFOLOGÍA DE LOS CRISTALES

„ Estructura interna de los cristales.

La forma cristalina que presentan la mayoría de las sustancias sólidas, aunque en

general no observable directamente, y las propiedades de los cristales, son debidas a una ordenación  regular  en  el  espacio  de  las  moléculas,  átomos  o  iones  que  constituyen  la sustancia.

El medio cristalino es anisótropo, es decir, ciertas propiedades dependen de la dirección en que se observan, como la dilatación térmica, conductividad calorífica y eléctrica, velocidad de propagación de la luz, velocidad de ataque de un reactivo químico. Esta anisotropía se explica a partir de la estructura interna del cristal.

La estructura cristalina es determinada, repetitiva y periódica. Las unidades idénticas que se repiten representadas por un punto (nudos) se distribuyen en una red tridimensional de tal manera que todas ellas tienen idénticos alrededores. La red viene definida por las tres direcciones y las distancias según las cuales el motivo se repite. A. Bravais demostró en 1848 que sólo son posibles 14 formas de disponerse los nudos conocidas como redes espaciales o redes de Bravais (Fig. 1).

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Fig.1 - Redes de Bravais

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Leyes fundamentales de la cristalografía: Leyes de constancia de los ángulos diedros y de racionalidad de los parámetros

La evidencia de que los cristales tienen una estructura interna ordenada son sus diversas propiedades, especialmente la exfoliación, la forma externa y comportamiento ante la luz y rayos X.

La forma externa es el resultado de la estructura interna y de las condiciones en las que se ha formado el cristal (presión, temperatura, velocidad de cristalización, naturaleza de la disolución, masa fundida o gas, y su tensión superficial y dirección de difusión).

Es fácil encontrar cristales del mismo mineral con apariencia idéntica en un sitio determinado, pero los cristales de este mismo mineral pueden adoptar formas muy distintas en otros lugares. La celda unidad es la misma, pero se[pic 3]

agrupan   de   distinta   forma   dependiendo   del   medio ambiente.

Las posiciones de las caras de un cristal vienen determinadas por las direcciones en las que la estructura interna presenta la mayor densidad de puntos o nudos reticulares. Los planos que incluyen el mayor número de nudos  son  los  que  con  mayor  frecuencia  se  encuentran como caras en los cristales. Esta regla se conoce como la ley  de  Bravais,  y  aunque  tiene  excepciones,  como  fue

señalado por Donnay y Harker, es posible escoger las redes de tal forma que la regla se mantenga. (Fig.2).

Teniendo en cuenta que la estructura interna de las sustancias cristalinas es constante, es lógico pensar que las caras naturales de un cristal, los planos de exfoliación y los de reflexión de la luz y rayos X obedezcan una serie de leyes aritméticas:

Como consecuencia, se definen varias leyes para los cristales:

1-Ley de constancia de los ángulos diedros: (Steno)

“Para cada sustancia cristalina los ángulos que forman dos caras son siempre  los  mismos,  independientemente  de  sus  condiciones  de  cristalización  y forma externa”.

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