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

e a

las

otra

s do

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