cristalografia y mineralogía ies isabel buendía

TEMA 4TEMA 4

CRISTALIZACIÓN Y CRISTALIZACIÓN Y AMBIENTES AMBIENTES

PETROGENÉTICOSPETROGENÉTICOS

Eduardo Sanz MoraDpto. Biología y Geología IES Isabel

Martínez Buendía

1.1. Concepto de mineral y cristalConcepto de mineral y cristalMINERAL.- MINERAL.- Toda sustancia sólida, de origen natural, homogéneos, con estructura cristalina (disposición ordenada según un modelo geométrico regular); su composición química, estructura cristalina y propiedades físicas son fijas o varían muy poco.

CRISTAL.- CRISTAL.- Sólido de estructura interna ordenada (independientemente de que externamente no lo aparente)

““Todos los Minerales son cristalinos”Todos los Minerales son cristalinos”

MINERALOIDE.-MINERALOIDE.- También llamados sólidos amorfos. Sus componentes no se encuentran ordenados siguiendo un patrón de repetición geométrica.

2.2. Formación de los mineralesFormación de los minerales

CondicionesCondiciones.- .- la presión, temperatura y concentración de los componentes han de ser las adecuadas

Casos.-Casos.- estado desordenado estado ordenado(sólido, líquido, gaseoso) (cristalino)

estado ordenado estado ordenado(cristal 1) (cristal 2)

Proceso de formación.-Proceso de formación.- La formación de cristales puede originarse de diferentes maneras, según las características del ambiente donde tenga lugar: solidificación, cristalización y recristalización.

SolidificaciónSolidificaciónMateriales en estado fundido que sufren un descenso en su temperatura produciéndose un cambio de estado

En muchos casos, este proceso no implica un proceso de cristalización, como sucede frecuentemente en las rocas volcánicas (vidrios volcánicos). En las rocas plutónicas, por el contrario, sí tiene lugar la formación de cristales, puesto que, debido al enfriamiento lento, la solidificación se traduce en múltiples cristalizaciones por precipitación de diferentes minerales.

CristalizaciónCristalizaciónSe produce la formación de cristales a partir de la incorporación de las sustancias que componen un fluido, por saturación de alguno de los componentes. PrecipitaciónPrecipitación.- Cuando el fluido es un líquido. La causas son variadas: pérdida por evaporación del fluido, aumentos en la concentración (aporte de iones) y variaciones de temperatura o presión. Se verifica en todos los ambientes.

SublimaciónSublimación: Cuando el fluido es un gas se produce la cristalización directamente al estado sólido. Es el caso de las fumarolas volcánicas por la bajada brusca de la temperatura.

RecristalizaciónRecristalizaciónSe forma un nuevo cristal por reorganización interna de los componentes de un cristal preexistente. Al variar las condiciones del medio (presión, temperatura o composición), un cristal puede desestabilizarse y empezar a variar su estructura o su composición por difusión en estado sólido. Son muy frecuentes en el ambiente metamórfico pero se verifican también en la meteorización y la diagénesis.

3.3. ESTRUCTURA INTERNA DE LOS ESTRUCTURA INTERNA DE LOS MINERALESMINERALES

La propiedad característica y definidora de la materia cristalina es ser periódicaperiódica. Quiere esto decir que, a lo largo de cualquier dirección, los elementos que la forman se encuentran repetidos a la misma distancia (traslacióntraslación). Este principio es válido partiendo desde cualquier punto de la estructura. Si tomamos las traslaciones mínimas en un cristal (traslaciones fundamentales) y desarrollamos el paralelepípedo que generan, obtendremos la celda unidad

Cada celda unidadcelda unidad viene definida por la magnitud de sus traslaciones (aa y bb) y de los ángulos que forman entre ellas. Por repetición de esta celda unidad podemos reconstruir la red cristalina

Redes planasRedes planasEn este caso la red viene definida por dos traslaciones (a y b) y el ángulo que forman entre ellas (a). La celda unidad es un paralelogramo. En el plano solo existen 5 posibles tipos de redes:

Redes tridimensionalesRedes tridimensionalesEn este caso la celda unidad queda definida por tres traslaciones fundamentales (a, b y c) los ángulos que forman: αα (entre b y c), β β (entre a y c), γγ (entre a y b)

Redes tridimensionalesRedes tridimensionalesDel apilamiento de estas redes se obtienen las redes tridimensionales. Existen 14 tipos diferentes de redes tridimensionales (redes de Bravaisredes de Bravais) que se agrupan en 7 sistemas cristalinos diferentes. Cada sistema cristalino viene caracterizado por unos determinados valores de las traslaciones y de los ángulos que forman de su celda unidad:

4.4. CRISTALOGÉNESISCRISTALOGÉNESIS

Independientemente del mecanismo ambiental que ha originado un cristal, su formación o cristalogénesiscristalogénesis sigue una serie de etapas denominadas nucleaciónnucleación y crecimientocrecimiento.

1.1. NUCLEACIÓNNUCLEACIÓN.- .- La formación de un cristal comienza con la formación de un núcleo o partícula inicial con las propiedades de un cristal, a partir de la cual éste ya puede crecer. Existen dos modalidades de nucleación: Nucleación homogéneaNucleación homogénea: Cuando la

partícula es de la misma composición y estructura del cristal que se va a formar.

Nucleación heterogéneaNucleación heterogénea: Cuando el núcleo es una sustancia diferente y preexistente que favorece su cristalización. Las partículas extrañas quedan incluidas dentro del nuevo cristal como impurezas o inclusiones.

2.2. CRECIMIENTOCRECIMIENTO.- .- A partir de los núcleos se inicia el crecimiento de los cristales siempre que las condiciones del medio lo permitan (tiempo, estabilidad, etc).

El crecimiento real de los cristales se separa de este modelo ideal, produciéndose lo que se denominan defectos cristalinos.

Defectos cristalinosDefectos cristalinosLa cristalización nunca es perfecta. Como en cualquier proceso natural se producen imperfecciones en el crecimiento. Son las responsables de variaciones en el color o la forma de los cristales VacanciasVacancias: Se producen por la ausencia en la red de un elemento.

Átomos intersticialesÁtomos intersticiales: Inclusión en la red de un átomo fuera de las posiciones reticulares. Con frecuencia este

SustitucionesSustituciones: Entrada en la red de un átomo diferente, pero de similar radio iónico que el que la compone.

DislocacionesDislocaciones: Aparición de nuevas filas de elementos cuando en el plano anterior no existían.

Forma de los cristalesForma de los cristalesComo la tendencia durante el crecimiento es a completar caras, la forma final con la que aparece un cristal (siempre que no tenga limitación de espacio) se denomina hábito hábito cristalinocristalino y es fiel reflejo de su estructura interna. Existen diferentes tipos de hábitos: acicular, laminar, poliédrico, prismático.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/80/KyaniteUSGOV.jpg

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/2e/Tourmaline_cut.JPG

Forma de los cristalesForma de los cristalesLa formación de un único núcleo y un único cristal aislado es muy complicada. Por el contrario es frecuente que en el proceso de crecimiento se creen agregados cristalinosagregados cristalinos, unión de cristales formados a partir de diferentes núcleos. Según se dispongan los cristales, los agregados reciben el nombre de irregulares, paralelos, radiales, etc.

Un tipo especial de agregados son las maclasmaclas, consecuencia de la formación de varios núcleos a partir de los cuales se ha producido el crecimiento. Ninguno de ellos consigue englobar a los demás, continuando todos su propio crecimiento.

PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS MINERALESMINERALES

1.1. DUREZA: DUREZA: Resistencia a ser rayado. Un mineral posee una dureza mayor que otro, cuando el primero es capaz de rayar al segundo. Se utiliza para medirla la Escala de Mohs


2.2. EXFOLIACIÓN:EXFOLIACIÓN: al aplicar la fuerza necesaria, se rompe de manera que deje dos superficies planas .

YESO

MOSCOVITABIOTITA


3.3. DENSIDAD:DENSIDAD: Relación entre la masa y el volumen

Densidad en g/cm3 Mineral

2,65 Cuarzo

2,5 Feldespato

2,6-2,8 Plagioclasa

4,47 Baritina

4,9 Magnetita

5,0-5,2 Pirita

19,3 Oro


4.4. TENACIDAD:TENACIDAD: La resistencia que un mineral opone a ser roto, molido, doblado o desgarrado, en resumen su cohesión. A continuación se facilitan los términos que se emplean para describir las diversas clases de tenacidad en los minerales.

1. Frágil: un mineral que fácilmente se rompe o reduce a polvo. 2. Maleable: un mineral puede ser conformado en hojas delgadas por percusión. 3. Séctil: un mineral que puede cortarse en virutas delgadas con un cuchillo. 4. Dúctil: un mineral al que se le puede estirar en forma de hilo. 5. Flexible: un mineral que puede ser doblado pero que no recupera su forma original

una vez que termina la presión que lo deformaba. 6. Elástico: un mineral que recobraba su forma primitiva al cesar la fuerza que lo ha

deformado.


5.5. BRILLO:BRILLO: El aspecto general de la superficie de un mineral cuando se refleja la luz. El brillo de los minerales puede ser de dos tipos, metálicometálico y no metálicono metálico. Los términos que se emplean para describir el brillo de los minerales no metálicos: - Vítreo: que tiene el brillo de vidrio (cuarzo y turmalina).

- Resinoso: que tiene el brillo de la resina (blenda y azufre).- Nacarado: que tiene el brillo irisado de la perla. Se observa por lo general en las superficies de los minerales paralelos a los planos de exfoliación (talco).- Graso: que parece estar cubierto con una delgada capa de aceite. Este brillo resulta de la luz difundida por una superficie microscópicamente rugos (nefelila, algunas especies de blenda y cuarzo masivo).- Sedoso: como la seda. Resultado de la reflexión de la luz sobre un agregado paralelo de fibras finas (yeso fibroso, malaquita y serpentina).- Adamantino: que tiene un reflejo fuerte y brillante como el diamante (cerusita y anglesita).

vitreo

graso

TALCO

CUARZO

PIRITA


6.6. COLOR:COLOR: En algunos minerales el color es una propiedad fundamental directamente relacionada con sus elementos constituyentes principales y es, por consiguiente, constante y característico; en estos minerales, llamados ideocromáticos, el color sirve como medio de identificación importante.

PIRITA

MALAQUITA

CINABRIO

PROPIEDADES QUÍMICAS DE LOS PROPIEDADES QUÍMICAS DE LOS MINERALESMINERALES

En algunos casos es preciso recurrir al análisis químico para diferenciar los minerales e identificarlos; según este punto de vista, los minerales se clasifican en:

NO SILICATADOSNO SILICATADOS• Elementos nativos: Elementos nativos: Son minerales que se presentan como elementos aislados, sin

combinar con otros. OroOro, plataplata, cobrecobre, platinoplatino, azufreazufre, carbonocarbono (diamante y grafito)

• Sulfuros:Sulfuros: minerales formados por la combinación del azufre con un elemento metálico. Calcopirita Calcopirita (CuFeS2), mena de cobreCinabrioCinabrio (HgS), mena de mercurio

GalenaGalena (PbS), mena de plomoPiritaPirita (FeS2), para producir ácido sulfúrico

• Haluros:Haluros: combinación del cloro, flúor, bromo o yodo con metales. HalitaHalita (NaCI), sal común utilizada en alimentación SilvinaSilvina (KCI), empleado para la preparación de sales potásicas fertilizantes.Carnalita Carnalita (KMgCl3· 6H2O), empleado para la preparación de sales potásicas fertilizantes. Fluorita Fluorita (CaF2), producción de ácido fluorhídrico para fabricar aluminio, y en la industria química.

PROPIEDADES QUÍMICAS DE LOS PROPIEDADES QUÍMICAS DE LOS MINERALESMINERALESNO SILICATADOSNO SILICATADOS

• Óxidos e hidróxidos: Óxidos e hidróxidos: formados por uno o más elementos, generalmente metálicos, combinados con el oxígeno o el agua. CuarzoCuarzo (O2Si), posee innumerables aplicaciones, desde piedra semipreciosa y ornamental hasta

para la industria cerámica, eléctrica, óptica, de precisión y otras.

MagnetitaMagnetita (O4Fe3), mena de hierro.Limonita Limonita (FeO.OH nH2O), mena de hierro

• Carbonatos: Carbonatos: Los carbonatos están formados por el anión carbonato (CO3=) combinado

con un metal. AragonitoAragonito (CaCO3), las variedades transparentes y las alabastrinas se utilizan como piedras

preciosas. Malaquita Malaquita (Cu2CO3(OH)2), como mena de cobre, y como piedra ornamental. CalcitaCalcita (CaCO3), los cristales más puros se utilizan para la fabricación de lentes de microscopios, el mármol como piedra de ornamentación, las calizas litográficas en estampación y, en general, para las industrias de la construcción, metalurgia, química, de fertilizantes, de barnices y otras. Siderita Siderita (FeCO3), mena de hierro.

• Sulfatos: Sulfatos: Yeso Yeso (CaSO4·2H2O), las variedades de alabastro se utilizan como piedras ornamentales, mientras que el resto se emplean en la construcción, como fertilizante y como fundente cerámico

PROPIEDADES QUÍMICAS DE LOS PROPIEDADES QUÍMICAS DE LOS MINERALESMINERALES

• Nesosilicatos: Nesosilicatos: OlivinoOlivino (SiO4(Mg, Fe)2), se suele utilizar para la extracción de magnesio o para la fabricación de refractarios, aunque las variedades transparentes también se emplean en

joyería. • Filosilicatos:Filosilicatos:

Caolinita Caolinita (Al4(OH)8Si4O10), se utiliza principalmente en la industria de la porcelana y también en

la de la goma y el papel. MicasMicas (silicatos de aluminio y otros metales. La mica blanca se denomina moscovita moscovita y la negra biotitabiotita), Talco Talco (Mg3(OH)2Si4O10), se utiliza en las industrias de la goma, papel, textil, en los cosméticos y como colorante.

SILICATADOSSILICATADOSLos minerales incluidos en este grupo están formados por la combinación de sílice con otros óxidos y por su abundancia constituyen el 80 por 100 de la litosfera. Algunos de ellos son:

Aplicaciones de los cristalesAplicaciones de los cristalesPaneles fotovoltaicosPaneles fotovoltaicos

Un panel fotovoltaico consta de un cristal de sílice que, al ser estimulado por un fotón, es capaz de desprender electrones (efecto fotoeléctrico) que son recogidos por un material conductor. La fabricación de paneles fotovoltaicos tiene la necesidad de obtención de cristales planos, a un bajo coste.

Aplicaciones de los cristalesAplicaciones de los cristales

Cristales líquidosCristales líquidos

Los cristales líquidos constan de un fluido compuesto por moléculas alargadas que tienen la propiedad de ordenarse como un cristal ante la polarización eléctrica del medio. Al ordenarse cambian sus propiedades ópticas (color, opacidad, etc). Se han utilizado intensamente en las pantallas de pequeños aparatos electrónicos (calculadoras, relojes) y actualmente se están

introduciendo en el mercado de los monitores (pantalla plana).


Cristales artificialesCristales artificialesLa necesidad de cristales abrasivos en la industria y el alto coste de los naturales (por ejemplo, los diamantes industriales) ha posibilitado la aparición de artificiales. Estos cristales no alcanzan los resultados de los naturales, pero su menor coste rentabiliza su obtención y uso. Estas técnicas también se han adentrado en el mundo de la joyería, obteniéndose gran variedad de piedras preciosas artificiales con colores escasos en las naturales.


InformáticaInformáticaUn chip consta de distintas capas de materiales crecidos durante el procesode fabricación: metal, óxido y semiconductor cristalino (sílice) que, al recibir un impulso eléctrico, puede transmitirlo o no a un material conductor. Las técnicas de cristalización han permitido reducirlos a tamaños tan insospechados que la limitación consiste en conseguir reducir al mismo tamaño sus conexiones.

AMBIENTES PETROGENÉTICOSAMBIENTES PETROGENÉTICOSLos mineralesminerales son sustancias naturales, de composición química definida dentro de unos límites y que presentan estado cristalino. Las rocasrocas son agregados naturales de uno o más minerales. Los ambientes ambientes petrogenéticospetrogenéticos (ambientes que dan lugar a la formación de rocas) se clasifican en tres grandes grupos:

Ambiente MagmáticoAmbiente Magmático: determinado por la existencia de material fundido (magma) en el interior de la tierra. La aparición de minerales y de las rocas que forman, viene dada por un proceso de solidificación del magma al llegar a zonas de menor temperatura, originando las rocas magmáticas

Ambiente MetamórficoAmbiente Metamórfico: determinado por el cambio de condiciones (presión temperatura o composición ) en el que tuvo lugar la génesis de una roca preexsistente. Este cambio de condiciones favorece la recristalización de minerales, o la neoformación (cristalización de otros nuevos), en un proceso denominado metamorfismo. Así, a partir de una roca original obtenemos una roca metamórfica. En casos extremos se puede producir la fusión o anatexia de las rocas originándose un magma.

Ambiente SedimentarioAmbiente Sedimentario: La actuación de los agentes geológicos externos tiene como consecuencia la aparición de gran cantidad de sedimentos, ya sea por deposición (rocas detríticas por ejemplo) o por precipitación de sales disueltas en el agua. También intervienen los seres vivos, bien como organismos capaces de precipitar sales en sus estructuras y que pueden acumularse tras su muerte (arrecifes de coral, sílex, fosfatos, etc.), o bien por acumulación de sus restos orgánicos. Los sedimentos, con el enterramiento, sufren un proceso de diagénesis que culmina con la formación de las rocas sedimentarias.

CICLO DE LAS ROCASCICLO DE LAS ROCAS

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