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CRISTALOQUIMICA
10 de julio de 2014
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Presentación
En esta ocasión, vamos investigar, indagar y detallar a conocer, acerca de la
cristalización química de los minerales, ya que es un tema tan importante en el proceso
de aprendizaje de nuestra carrera profesional y por ello trataremos los aspectos más
fundamentales que se basan netamente de la cristalización química. Los factores que
nos motivaron a tratar este tema fueron, que como futuros ingenieros de minas, cebemos
de conocer detalladamente acerca de la estructura y composición mineralógica; porque
más adelante nos ayudara para analizar y saber de qué mineral se tratara un determinado
yacimiento. Por ello, surgió un interés enorme y crucial de conocer la composición
química de un mineral, y así como también dar a conocer a nuestros compañeros de la
carrera.
Con más detalles sobre este tema se conocerá más adelante en la explicaciones del
profesor del curso, de la razón que este tema es tan extensa está relacionado con el
análisis descriptivo de los minerales, por el cual en este trabajo se dará a conocer los
aspectos más primordiales o fundamentales del tema.
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Índice
Nociones preliminares. Pagina
1.1. Átomos. ………………………………………………………………………………5
1.2. Estado de agregación molecular de la materia………………………………….……..7
1.3. Estado sólido. …………………………………………………………………………8
1.2.1. Tipos de estado sólido.
1. Solidos amorfos y cristalinos.
Definición de la cristaloquímica.
2.1. Cristalización (solidos cristalinos). …………………………………………………9
2.1.1. Red cristalina. ……………………………………………………………………...10
2.1.2. Propiedades de los sólidos cristalinos.
2.1.3. Sistemas cristalinos. …………………………………………………………….....11
Cuadro N° 02; siete sistemas cristalinos. …………………………………..……...13
Cuadro N° 03; redes de Bravais o catorce redes cristalinas……………………….14
2.1.4. Empaquetamiento compacto. ……………………………………………….……..16
2.2. Estructuras internas de cristalización………………………………………..…….17
2.3. Tipos de cristalización.
2.4. Radios iónicos y atómicos. …………………………………………………………..19
Por fuerzas de enlace de los cristales:
1. Enlace iónico, covalente metálico y van der Waals.
Por número de enlaces:
2.5. La formación de los cristales a partir de iones simples o de radicales descrita por
Pauling……………….……………………………………………………….………20
Cuadro N° 04; consideraciones geométricas del número de coordinación.
2.6. Mecanismos de cristalización…………………………………………………..…....21
2.7. Formación de minerales en la corteza terrestre……………………………………23
2.8. cristalización del magma……………………………..………………..…………….24
1. Tipos de Texturas Ígneas.
2. Texturas Ígneas
3. La composición química del magma ……………………………………………..…25
2.9. Clasificación química de los minerales……………………………………………..26
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Introducción
Un cuerpo solido cristalino en su formación estructural interna y externa, siguen un
proceso cronológico que son: en primer lugar las partículas muy diminutas como el
quarks son el principio de la formación de partículas subatómicas, entre estos los ,más
clásicos o fundamentales son los protones de carga positiva, los neutrones de carga
neutra y los electrones de carga negativa, la unión de estas partículas forman los átomos,
asimismo el conjunto de los átomos forman los elementos químicos, continuamente
estos forman los moléculas o iones; estas moléculas y iones tienden unirse mediantes
los enlaces, en particular para nuestro caso tendremos diversos clases de enlaces cabe
mencionar que son los iónicos, covalentes, metálicos y de van der Waals; a la unión de
estos átomos por estos enlaces se hace un síntesis de estudio atreves de unas estructuras
geométricas que se le denominan celdas unitarias, que son modelo geométrico
característico de la estructura reticular; al conjunto de estas celdas unitarias se le
denomina red cristalina.
La red cristalina representa la formación de las moléculas y iones; finalmente estas
uniones de moléculas o iones conforman las estructuras cristalinas netamente
denominadas minerales metálicos. Otro aspecto que se va a desarrollar es la formación
de los cristales atreves de la solidificaciones de las lavas provenientes de las cámaras
magmáticas, donde estas solidificaciones se pueden realizar dentro como también en el
exterior de la corteza terrestre debido a las erupciones volcánicas como también cabe
recalcar que la formación de los sólidos cristalinos propiamente dicho los minerales no
solo se forman de las rocas plutónicas sino también de la rocas sedimentarias, que
consiste en la sedimentación de los estratos debido a las degradaciones de las rocas
preexistentes o metamórficos por los intemperismo, a causa de las lluvias o vientos; por
lo último la formación de los minerales a través de las rocas metamórficas, que son
generados por el cambio de la temperatura o de la presión en las rocas sedimentarias o
plutónicas optando formarse unos minerales preciosos.
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1. Nociones preliminares.
1.1. ÁTOMOS.
Partícula más pequeña de un elemento químico que conserva las propiedades de
dicho elemento, es un sistema dinámico y energético en equilibrio constituido por
dos partes:
1. Núcleo:
Parte central, muy pequeño y de carga positiva, contiene aproximadamente
200 tipos de partículas denominadas nucleones, de las cuales, los protones y
los neutrones son los más importantes (nucleones fundamentales). Estos
poseen una gran masa a comparación con otras partículas, por lo tanto, el
núcleo atómico concentra casi la totalidad de la masa atómica (99.99% de
dicha masa). Los nucleones se mantienen unidos mediante una fuerza nuclear
o fuerza fuerte, que es la fuerza natural más grande que se conoce y tiene
corto alcance, solo para dimensiones nucleares.
2. Envoltura o zona Extra nuclear :
Espacio muy grande (constituye el 99.99% del volumen atómico), donde se
encuentran los electrones ocupando ciertos estados de energía. Los electrones
se encuentran a distancias no definidas respecto al núcleo y se desplazan en
torno a ella en trayectorias también indefinidas, porque según la mecánica
ondulada o cuántica, solo se puede determinar la región espacial energética
donde existe mayor probabilidad de encontrar un electrón.
LA TABLA PERIODICA
Más de la mitad de los elementos que se conocen en la actualidad se descubrieron
en 1800 y 1900. Durante este periodo los químicos observaron que muchos
elementos mostraban grandes semejanzas entre ellos. El reconocimiento de las
irregularidades periódicas en las propiedades físicas y en el comportamiento
químico, así como la necesidad de organizar la gran cantidad de información
disponible sobre la estructura y propiedades de las sustancias elementales,
condujeron al desarrollo de la tabla periódica, una tabla en la que se encuentran
agrupados los elementos que tienen propiedades físicas y químicas semejantes.
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En la cual los elementos están acomodados de acuerdo a su número atómico, en
filas horizontales, llamadas periodos y en columnas verticales, conocida como
grupos a familias, de acuerdo con sus semejanzas en las propiedades químicas.
Los elementos se dividen en tres categorías: metales, no metales y metaloides.
Un metal es un buen conductor de calor y electricidad, en tanto que un no metal es
un mal conductor de calor y electricidad. Un metaloide presentas propiedades
intermedias entre los metales y los no metales.
CONFIGURACION ELECTRONICA
Consiste en el ordenamiento sistemático de los electrones en los diferentes estados
energéticos de la zona extra nuclear sobre la base de ciertos principios
establecidos, producto de hechos experimentales.
EL ION
Es un átomo o un grupo de átomos que tiene una carga neta positiva o negativa.
El número de protones, cargados positivamente del núcleo de un átomo
permanece igual durante los cambios químicos comunes, pero puede perder o
ganar electrones, cargados negativamente. La pérdida de uno o más electrones a
partir de un átomo neutro forma un catión, un ion con carga neta positiva.
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1.2. Estado de agregación molecular de la materia.
Los estados de agregación más importantes en condiciones ambientales son:
solido, líquido y gaseoso. Todo aquello depende del grado de cohesión y la
movilidad de las partículas (átomos, moléculas o iones), ósea de las competencias
entre las fuerzas de atracción (cohesión) que buscan ordenar a las moléculas y las
fuerzas térmicas (fuerzas de repulsión) que buscan desordenarlas.
Haciendo una especificación acerca del estado sólido de la materia, podemos
decir que son rígidos, con volumen definido; donde algunos solidos como metales
u otro tipo de minerales sólidos, poseen formas geométricas definidas y punto de
fusión definido, llamados solidos cristalinos.
Cuadro N° 01; propiedades de estado sólido de la materia.
Diagrama de partículas
Forma Definida
Volumen Definido
Fuerzas intermoleculares Fuerzas de cohesión mayores a la de
repulsión
Distancia intermolecular No existe
Comprensibilidad Incompresibilidad
Desorden molecular (entropía) baja
Tipo de movimiento molecular Vibratorio en espacio muy reducido
Facilidad para pasar a fase de vapor Muy baja
Difusión Muy baja
Forma geométrica A base de cristales
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Figura N°01, representación bidimensional de A) Cuarzo cristalino y B) vidrio de cuarzo no cristalino
A B
1.3. Estado sólido.
1.2.1. Tipos de estado sólido.
1. Solidos amorfos.
Son los que carecen del ordenamiento molecular; esto sucede debido a que
se solidifica rápidamente, donde sus átomos o moléculas no tienen tiempo
de alinearse por sí mismo y pueden quedar fijo en posiciones distintas a las
de un cristal ordenado. Como por ejemplo es el vidrio, que es un producto
de fusión de materiales inorgánicos ópticamente transparente que se ha
enfriado a estado rígido sin cristalizar.
2. Solidos cristalinos.
Presentan un ordenamiento molecular estricto y regular de modo que sus
partículas (átomos, moléculas, iones), ocupan posiciones específicas. De
acuerdo a ello, podemos responder ciertas interrogaciones como:
¿Qué observamos a simple vista?
Pues forman estructuras geométricas definidas con caras y ángulos
establecidos.
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¿Por qué ocurre lo ello?
Ocurre por las partículas elementales que lo constituyen se ordenan
regularmente en el espacio tridimensional, siguiendo un patrón de
ordenamiento definido.
2. Definición de la cristaloquímica.
Es una rama de la cristalografía que estudia la composición de la materia cristalina y su
relación con la fórmula cristalográfica. Incluye el estudio de los enlaces químicos, la
morfología y la formación de estructuras cristalinas, de acuerdo con las características
de los átomos, iones o moléculas, así como su tipo de enlace.
2.1. Cristalización (solidos cristalinos).
También llamado "constancia angular" denominada así por Nicolás Steno en 1669,
es una de las leyes fundamentales de la Cristalografía. Posteriormente, y hasta bien
entrado el siglo XX, se comprobó que familias enteras de minerales presentaban
ángulos de 120º, 90º y 60º. Finalmente, se determinó que todos los cristales
existentes pertenecían a sólo 7 grupos diferentes de cristales, denominándose
"Sistemas Cristalinos".
Para representar un sistema cristalino se usa un sistema de coordenadas mediante
un eje espacial (x, y, z) junto a los ángulos que forman respecto a los ejes.
Para que un mineral forme cristales perfectos, estos deben crecer libremente sin
interferencias de otros minerales o sustancias.
Los átomos e iones de la composición química de un mineral se encuentran
organizados de forma simétrica en celdas elementales. La sucesión infinita de estas
celdas conforman los cristales.
A todo aficionado le apasiona las diferentes formas de cristalización que tiene un
mineral. De hecho, si todos los minerales que encontrásemos se presentasen sólo en
forma masiva, es muy probable que nos dedicásemos menos a los mismos
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Celda unitaria cubica
Red cristalina espacial
Nudo de la red
2.1.1. Red cristalina.
Denominado también como retículo espacial, es la configuración o distribución
espacial (tridimensional) de partículas (átomos, moléculas o iones) que forman
los sólidos cristalinos generando modelos geométricos regulares.
2.1.2. Celda unitaria.
Es una celda elemental de un cristal, que representa el modelo geométrico
característico de la estructura reticular; por el cual debe contener un numero
entero de partículas componentes de la red.
2.1.3. Nudos de la red cristalina.
Además de contener las partículas, también contiene muchas veces el centro de
gravedad de la molécula, por ejemplo el benceno solido:
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𝛽
𝛾
𝛼
2.1.4. Propiedades de los sólidos cristalinos.
Son anisótropos; que significa que son propiedades físicas (conductividad
térmica dureza, resistencia mecánica, refracción de la luz, etc.)
Poseen un punto de fusión definido, donde:
- Los sólidos moleculares poseen bajos valores.
- Los sólidos covalentes los más altos.
Poseen apariencia externa regular.
2.1.5. Sistemas cristalinos.
Su clasificación se establece de acuerdo a las formas y magnitudes que lo
conforman a las celdas unitarias; donde se determinan por las longitudes de las
tres aristas (a, b y c) y por loa ángulos ( ) que forman entre estos ejes.
Propiedades principales del estado cristalino de minerales.
Periodicidad
El medio cristalino es un medio periódico ya que a lo largo de cualquier
dirección la materia que lo forma se halla a distancias específicas y
paralelamente orientadas, de forma que la orientación y distancias a que se
encuentran dependen de la dirección elegida. Éstas definen la denominada red
cristalina, constituida por una serie de puntos (nudos) separados entre sí por las
citadas traslaciones.
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Simetría
Es una propiedad más general de cualquier cuerpo cristalino y su investigación
es una tarea más importante en la cristalografía. La simetría rige al mundo de
los cristales. Esto es una regularidad más general de las sustancias cristalinas.
La simetría determina:
1) Las leyes de la distribución de los elementos estructurales en las redes
cristalinas.
2) La posición de las caras (facetas) de los cristales en el espacio.
Homogeneidad
En una red cristalina la distribución de nudos alrededor de uno de ellos es la
misma, independientemente del nudo que tomemos como referencia. Así una
red es un conjunto de nudos homogéneos o bien, un conjunto homogéneo de
nudos. También se puede decir que es una propiedad de los cuerpos físicos,
que significa ser iguales en todo el volumen de la sustancia.
Anisotropía
La red de nudos constituyente del estado cristalino es anisótropa en cuanto a
las distancias entre nudos, es decir, ésta depende de la dirección según la cual
se mide.
Las propiedades de los cristales no son iguales por las direcciones no
paralelas. Diferentes disposiciones atómicas a lo largo de diferentes planos o
direcciones cristalinas, dan lugar a estas
Propiedades anizotrópicas (vectoriales). Puesto que la magnitud de la
propiedad depende de la dirección, varía al cambiar la dirección cristalográfica.
Algunas de las propiedades vectoriales de los cristales son: dureza,
conductividad térmica y eléctrica, velocidad de la luz, etc.
Entre las propiedades vectoriales se destacan sobre todo las propiedades
mecánicas y ópticas de los cristales minerales.
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Cuadro N° 02; siete sistemas cristalinos.
Sistema
Celda unitaria
ejemplos
longitudes ángulos
Cubico
Tetragonal
Ortorrómbico
Monoclínico
Romboédrico ( ) , As, Bi
Hexagonal
Triclínico
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Cuadro N° 03; redes de o catorce redes cristalinas.
sistema Clasificación
Cubico Simple Cuerpo centrado De caras centradas
Tetragonal Simple Con centro en el cuerpo
Ortorrómbico Simple Con centro en la
base
Con centro en el
cuerpo
Centro en las
caras
Monoclínico Simple Con centro en la base
Romboédrico Romboédrica
Hexagonal Hexagonal
Triclínico Triclínica
2.1.6. Números de átomos en una celda unitaria de un sistema cubico.
Como caso particular veamos para un sistema cubico simple.
Se observa que en cada vértice del cubo (celda unitaria) hay 1/8 parte del
átomo, por el cual se puede deducir en una celda unitaria que presente 8
vértices tiene 1 átomo.
De manera general podremos decir que una celda unitaria presenta un número
de átomos de acuerdo a su compactación.
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Figura N°06, representación una celda unitaria de un sistema cubico simple, donde se aprecia en cada esquina 1/8 parte de un átomo.
Figura N°06, los tres tipos de celdas cubicas, en realidad las esferas representan átomos, moléculas o
iones que están compactas entre si
2.1.7. Empaquetamiento de esferas.
- La forma en que las esferas se acomodan en capas determinan el tipo de
celda unitaria final.
- Cada esfera acomodada tiene un número de coordinación, que se refiere
al número de átomos, iones o moléculas que rodean a un átomo en una
red cristalina.
- La magnitud es la medida de compactación, donde se puede apreciar que
cuando sea mayor el número de coordinación más juntas estarán las
esferas.
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Figura N°07, distribución de esferas idénticas en una celda cubica simple.
𝑎
𝑐
𝑏
𝑑
2.1.8. Empaquetamiento compacto.
Con este término se le denomina al arreglo eficiente de las fuerzas de átomos
que tiende a acomodarse en caras.
Figura N°08, a) en una capa de empaquetamiento compacto cada esfera esta en contacto con otras seis. b) las esferas de la segunda capa se acomodan en los huecos que quedan entre las esferas de la primera capa. c) en la estructura hexagonal compacta cada esfera de la tercera capa esta justo encima de una esfera de la primera capa. d) en la estructura cubica compacta cada esfera de la tercera capa se acomoda en un hueco de esta, justo encima de un hueco de la primera capa
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2.2. Estructuras internas de cristalización.
El estado cristalino de los minerales se traduce por la anisotropía de la mayor parte
de sus características; es decir, no se mantienen constantes sus propiedades físicas
en todas las direcciones.
Los minerales están formados por átomos enlazados químicamente y presentan
distintas estructuras según su proceso de formación. Puede darse el caso de que
existan dos minerales con la misma composición química pero que presenten
distinta estructura debido al modo en que sus átomos se enlazan y disponen en el
espacio. A estos minerales se les denomina polimorfos.
Este es el caso del diamante y el grafito, que presentan propiedades diferentes y son
considerados minerales distintos el uno del otro.
2.3. Tipos de cristalización.
Por fuerzas de enlace de los cristales:
La formación de los cristales es, pues, una ordenación de átomos o radicales que se
mantienen unidos por una fuerza denominados enlaces todo aquello ocurre, según
su naturaleza.
En general, cuanto más fuerte es el enlace más duro es el cristal y más elevado es su
punto de fusión.
Existen 4 tipos de enlace: Iónico, Covalente, Metálico, y de Van der Waals, así
también pudiendo existir mezclas entre todos estés tipos.
1. Enlace iónico:
Se realiza mediante fuerzas eléctricas rompiéndose debido a la reacción de
disolventes polares (como el agua), dando lugar a soluciones iónicas.
Los cristales con este tipo de enlace presentan dureza y peso específico
moderado, puntos de fusión y ebullición y poco conductores de la electricidad y
el calor.
2. Enlace covalente:
Los átomos adyacentes comparten los electrones de las órbitas más externas
para completar sus últimas capas de electrones, formando así compuestos más
estables. Los minerales con enlace covalente son insolubles con puntos de fusión
y ebullición muy altos.
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3. Enlace metálico:
Ciertos átomos (metales) liberan electrones dejándolos moverse libremente y
con gran rapidez por la estructura molecular o incluso fuera de ella sin alterar el
mecanismo del enlace (nube de electrones). A él deben los metales su gran
plasticidad, tenacidad, ductilidad y conductibilidad eléctrica, así como su baja
dureza, puntos de fusión y ebullición. Entre los minerales sólo los metales
nativos presentan este tipo de enlace.
4. Enlace de van der Waals:
Es un enlace débil que fija moléculas neutras dipolares (con cargas de distinto
signo en sus extremos opuestos). Las moléculas se alinean con los polos - frente
a los polos más de las moléculas próximas. Es el tipo más débil de enlace
químico.
La mayoría de los minerales son heterodésmicos, como consecuencia las
propiedades físicas sufren cambios direccionales. Así por ejemplo con el grafito
y con las micas. La exfoliación plana de estas sustancias se debe a un tipo de
enlace más fuerte en el plano que da lugar a las hojas y más débil entre ellas que
normalmente suelen ser de tipo van der Waals.
Por número de enlaces:
; son los cristales que presentan un solo tipo de enlace.
; son los que presentan varios tipos de enlaces
2.4. Números de coordinación.
La coordinación de los átomos que consisten en una estructura cristalina. Los
aniones coordenados se agrupan siempre en torno al ion central coordinador, de tal
manera que sus centros ocupan los vértices de un poliedro regular. De este modo,
en una estructura cristalina estable, cada catión, está en el centro de un poliedro de
coordinación de aniones. El número de los últimos en el poliedro es el número de
coordinación (N.C.) del catión con respecto a un anión dado y viene determinado
por sus respectivos tamaños.
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2.4.1. Radios iónicos y atómicos.
Para los cristales y los minerales son muy importantes los radios iónicos en
las estructuras reales. Sin embargo, actualmente no se pueden medirlos.
Los átomos y los iones no poseen superficies definidas y por eso hay que
considerarlos como los núcleos muy diminutos, muy densos y con una fuerte
carga, rodeados por un espacio ocupado por nubes de electrones muy
diseminados, cuya densidad varía con su distancia al núcleo disminuyendo
finalmente hasta cero. De aquí, que el radio de un ion sólo puede ser definido
con precisión en términos de su interacción con otros iones. En el caso
simple, cuando los cationes y aniones son bastante grandes y sus cargas
débiles y tienen ambas numerosos vecinos dispuestos simétricamente y de
signo contrario, los iones pueden ser considerados como esferas en contacto.
2.4.2. Isomorfismo.
El isomorfismo es el fenómeno de la sustitución mutua de los átomos en las
estructuras de los minerales que tienen las propiedades cristaloquímicas
cercanas. Estas propiedades determinan la variación del intercambio gradual
y regular de la composición del mineral y la electro neutralidad de su red
cristalina.
2.4.3. Polimorfismo.
Es el fenómeno de la transición (transformación) de un tipo estructural a
otro tipo por la variación de las condiciones físico-químicas del ambiente
de formación. En esta transformación de una especie mineral a otra especie,
se mantiene constante la composición química
Las diferencias entre las estructuras de las modificaciones polimorfas, se
divide según los tipos siguientes:
1. Las estructuras de las modificaciones polimorfas se distinguen por el
número de coordinación
2. Las estructuras de las modificaciones polimorfas, se distinguen por el
tipo del empaquetamiento con igual número de coordinación.
3. El tipo de empaquetamiento y el número de coordinación, son iguales
pero hay diferencia en el motivo de la posición en los átomos.
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4. La estructura de las modificaciones polimorfas se distinguen por un
pequeño giro de algunos grupos estructurales en el proceso de las
transformaciones polimorfas.
2.4.4. Paramorfosis.
Es el fenómeno de la formación de la nueva modificación de baja
temperatura a partir de los cristales de la modificación de alta temperatura
guardando su forma inicial. Estas formas se usan para la determinación de
las condiciones de formación de las asociaciones minerales.
2.4.5. Politipos.
Este fenómeno depende de la capacidad de una sustancia cristalina formar
las modificaciones que se caracterizan por algunas características
estructurales. Los politipos tienen dos parámetros iguales de la celda
elemental y el tercero, que es variable. El número de los politipos puede ser
distinto para las sustancias diferentes.
2.5. La formación de los cristales a partir de iones simples o de radicales descrita
por Pauling.
- Alrededor de cada catión están dispuestos aniones que ocupan los vértices
de un poliedro. Este poliedro se llama de coordinación y su naturaleza está
determinada por la relación de radios iónicos. Cuando iones de cargas
opuestas constituyen un cristal, los iones tienden, en efecto, a colocarse de
la forma más compacta posible. Si imaginamos a estos iones como esferas
de radio (radio del anión) y (radio del catión), se puede considerar que
cada catión cae en el centro de un poliedro regular cuyas vértices están
ocupados por un anión, de manera que la esfera del catión esté en contacto
con las de todos los aniones situados en los vértices.
- El número de aniones, en el poliedro, es el número de coordinación del
catión con relación a los aniones
- Naturalmente, la geometría del poliedro de coordinación depende de los
tamaños relativos de los iones. Así, por ejemplo, para que el poliedro sea un
cubo es preciso que sea mayor de 0,732 porque, si el radio del catión
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fuera menor, esta esfera catiónica no podría ser tangente a todos los aniones.
Poliedro de coordinación de forma cúbica
( ) ( )
Cuadro N° 04; consideraciones geométricas del número de coordinación.
Coordinación Catiónica Número de
Coordinación
mayor de
0,155
3 aniones en los vértices de un triángulo 3
mayor de
0,225
4 aniones en los vértices de un tetraedro 4
mayor de
0,414
6 aniones en los vértices de un octaedro 6
mayor de
0,732
8 aniones en los vértices de un cubo 8
mayor de 1,0 12 aniones en los puntos medios de las
aristas de un cubo
12
El oxígeno es el elemento más común en la corteza terrestre y su radio iónico es de
. El radical oxhidrilo, también muy abundante en los minerales, tiene radio
iónico similar. Comparando este valor con los radios iónicos de los cationes más
frecuentes en los minerales, aun teniendo en cuenta que el radio iónico de los
elementos varía ligeramente con su coordinación, por deformación o polarización
de la red de electrones al acoplarse a una cavidad mayor a menor, podemos deducir
las posibles coordinaciones de los siguientes cationes:
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Cuadro N° 05, posibles coordinaciones de algunos cationes.
Catión Coordinación Catión Coordinación
Si+4
4 Fe+3
6
Al+3
4 a 6 Mn+2
6
Na+ 6 a 8 Mn
+4 4
K+ 8 a 12 Zn
+2 4 a 6
Mg+2
6 Ag+ 6
Ca+2
6 a 8 Ag+2
6
Ba+2
8 a 12 Pb+2
6 a 10
Fe+2
6
2.6. Mecanismos de cristalización.
El proceso por el que se originan los cristales recibe el nombre de cristalización. La
cristalización puede producirse por:
Recristianización: Se produce cuando un mineral ya cristalizado sufre una
alteración de las condiciones fisicoquímicas que provocan un cambio en la posición
de los elementos de la red cristalina formando un cristal diferente sin que se
produzca un cambio de estado. Un ejemplo es la andalucita.
Precipitación química: a partir de una disolución acuosa. Los iones disueltos se
enlazan entre sí a medida que el disolvente desaparece o cambian las condiciones
de solubilidad. Así se forman la halita o el yeso.
Sublimación de sustancias: disueltas en gases. Por ejemplo, en los conductos
volcánicos, los gases que escapan solidifican al contacto con el exterior, formando
cristales. Esto ocurre con el azufre.
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Solidificación de materiales fundidos: Así se forman los cristales de las rocas
plutónicas, por enfriamiento del magma. El magma al perder temperatura, inicia el
proceso de cambio de estado de los minerales que solidifican y forman cristales de
diferente tamaño según las condiciones.
2.7. Formación de minerales en la corteza terrestre.
Los minerales se forman en el interior de la Tierra y en su superficie, mediante
diversos procesos geológicos (ígneos, metamórficos, sedimentarios y de
meteorización).
Los minerales ígneos se forman por enfriamiento y solidificación de una roca
fundida “magma” a temperaturas generalmente entre 650 y 1200ºC a
profundidades variables. Los factores que influyen en la formación de estos
minerales son: la composición química, la temperatura de cristalización y la
velocidad de enfriamiento.
Los minerales metamórficos se producen como consecuencia de cambios en
estado sólido (re cristalizaciones y reacciones en el seno de una roca
preexistente) en respuesta a nuevas condiciones de presión y temperatura. Los
factores que influyen en la formación de estos minerales son: el tipo de roca
original que se transforma, la temperatura y la presión, así como la presencia de
fluidos o de minerales hidratados.
Los minerales sedimentarios se pueden formar: a) por evaporación de agua, b)
por precipitación de soluciones cuando ocurren cambios en las condiciones
químicas, y c) mediante el depósito de organismos, conchas o huesos. Los
factores que influyen en la formación de estos minerales son: la composición
química de las soluciones, las condiciones ambientales y la existencia de
organismos.
Los minerales de origen meteórico se forman por cristalización en condiciones
superficiales, mediante reacciones químicas entre otros minerales y los agentes
existentes en la superficie terrestre (agua y gases).
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2.8. cristalización del magma.
La textura de las rocas ígneas está determinada por el tamaño y el arreglo de los
granos (cristales) de los minerales.
Las rocas ígneas se clasifican según: Textura y Composición mineral.
1. Texturas Ígneas
El Factor principal que influye en el tamaño de los cristales:
Razón (velocidad) de enfriamiento
Un enfriamiento lento promueve el crecimiento de cristales más grande
(menos).
Un enfriamiento rápido forma muchos cristales pequeños.
Un enfriamiento muy rápido forma vidrio.
2. Tipos de Texturas Ígneas.
Textura Afanitica (grano fino): Enfriamiento rápido de lava o magma,
cristales microscópicos y también pueden contener vesículas (hoyos de
burbujas de gas).
Textura Fanerítica (grano grueso): Enfriamiento lento, los cristales pueden
identificarse sin un microscopio
Textura Porfídica (inequigranular): Los minerales se forman a temperaturas
diferentes y a razones diferentes de enfriamiento.
Cristales de mayor tamaño llamados fenocristales, están rodeados de
cristales pequeños, llamada masa fundamental.
Textura vítrea: Enfriamiento muy rápido de roca fundida, No hay desarrollo
de cristales y a la roca se denomina Obsidiana.
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3. La composición química del magma
Dependerá de la composición de la roca que se fundió para darle origen (Roca
Fuente).
Tipos de magmas generadores de rocas ígneas
Según la composición química se reconocen los siguientes Tipos de magma
Las rocas ígneas ricas en son ácidas en tanto que las rocas ricas en
son básicos.
Cuadro N° 06, los ocho elementos más comunes de la corteza terrestre.
elementos % en peso % atómico Radio iónico % en volumen
O 46.6 62.55 1.4 93.77
Si 27.72 21.22 0.42 0.86
Al 8.13 6.47 0.51 0.47
Fe 5.00 1.92 0.74 0.43
Mg 2.09 1.84 0.66 0.29
Ca 3.63 1.94 0.99 1.03
Na 2.83 2.64 0.97 1.32
K 2.59 1.42 1.33 1.83
2.9. Clasificación química de los minerales:
Los criterios más comunes de clasificación mineralógica son los que tienen en
cuenta la composición, estructura y génesis de los minerales. La clasificación más
generalizada es en base química, de acuerdo con el tipo de anión, excepto para
elementos nativos.
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Cuadro N° 07, clasificación mineralógica de los minerales.
CLASES Química EJEMPLOS
ELEMENTOS NATIVOS Compuestos puros de un
metal o un no-metal oro, plata, cobre, mercurio,
azufre, grafito
SULFUROS Y
SULFOSALES
Combinación de uno o más
metales (o metaloides) con
azufre
pirita, calcopirita, galena,
esfalerita, cinabrio
ÓXIDOS E HIDRÓXIDOS Combinación de metales
con oxígeno o con
hidroxilos
hematites, pirolusita, magnetita,
goethita
HALUROS Combinación de metales
con halogenuros (F y Cl) halita, silvina, fluorita
CARBONATOS
(NITRATOS Y
BORATOS)
Combinación de metales
con el anión
carbonato CO3
calcita, aragonito,
azurita, malaquita
SULFATOS
(CROMATOS,ETC)
Combinación de metales
con el anión sulfato (SO4) yeso, baritina
FOSFATOS
ARSENIATOS Y
VANADATOS
Combinación de varios elementos con el anión
ZO4 (Z = P, As, V)
SILICATOS Tetraedros de SiO4 unidos entre sí y combinados con metales
Neso silicatos Tetraedros aislados olivinos, granates
Soro silicatos Grupos discretos
de tetraedros epidota
Ciclo silicatos
Anillos de tetraedros turmalinas, berilo
Inosilicatos
Cadenas simples y
dobles de tetraedros piroxenos y anfíboles
Filosilicatos
Láminas de tetraedros talco, micas, caolinita
Entramados
tridimensionales
de tetraedros
cuarzo, feldespato K,
plagioclasas
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Conclusiones
La cristalización es un tema extenso pero es muy importante adquirir estos
conocimientos, para que en el futuro nos ayude en identificar que estructuras y
propiedades presenta el mineral tratado.
En resumen, la cristalización química es nada más que la relación de la química
con los minerales en cuanto a su estructura, cristalografía y las propiedades
físicas de los diversos minerales que existen en la actualidad.
El tema de cristaloquímica acabara netamente lo que es la estructura atómica de
un sólido cristalino, que es la solidificación del magma, ya sea en el interior o
exterior de la corteza terrestre.
La solidificación se puede estudiar de acuerdo a la formación de sus estructuras
ya sea de manera microscópica y macroscópica; referente a la estructura
microscópica, se puede decir que su formación se basa desde la más mínima
porción que es quarks, continuamente formando las partículas subatómicas,
átomos, compuestos o sustancias y últimamente formando la estructura del
solido cristalino.
Finalmente es importante saber que nosotros conozcamos de los conceptos
importantes de los átomos, iones y el sistema periódico. Para que entender
mejor la estructuras y muchas propiedades de los minerales que se trataron.
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Bibliografía
Cornelius S. , JR. Manual de mineralogía de Dana, tercera edición,
1986.
(Instituto de Ciencias Humanidades, 2012)…QUÍMICA, análisis de principios
y aplicaciones, Tomo 1 y 2; Lumbreras editores, tercera edición, Perú: lima;
2012, ISBN: 978-9972-2851-6-5.
(mineralogía aplicada, galán huertas)………mineralogía, 2011.
( , Samuel- Prutton, Carl, 2002)………Fundamento de físico química,
Editorial Limosa, México, 2002.