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?

RELACION entre la ESTRUCTURA de los

CRISTALES y su ASPECTO EXTERNO

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)

Si y O

S. TRIGONAL

Estructura del CUARZO (SiO2)

CUARZO (SiO2)

Aprender de la naturaleza: CRISTALES GIGANTES DE NAICA

Aprender de la naturaleza: CRISTALES GIGANTES DE NAICA

Aprender de la naturaleza: CRISTALES GIGANTES DE NAICA

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

TERMINOS HABITUALES EN

CRISTALOGRAFÍA

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

sor

Mayor desarrollo de una dimensión frente a las otras dos

Me

no

r d

esa

rro

llo d

e u

na

dim

en

sió

n

fre

nte

a la

s o

tras

do

s

YESO (CaSO4•2H2O) Hábitos

Columnar

Prismático

Borde inf de la imagen= 5 cm

Fibroso

Borde inf de la imagen= 5 cm

Lenticular

Hábitos

YESO (CaSO4•2H2O)

CALCITA (CaCO3) Hábitos

Tabular

Planar Acicular

Un ejemplo cotidiano: La sal común

Sal negra

Sal del Himalaya