Geología - Trabajo Final de Cristales
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GEOLOGÍA GENERAL – LOS CRISTALES PROPIEDADES PROF. ING. LUJAN SILVA ENRIQUE - ESCUELA PROFECIONAL DE ING. CIVIL 0
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GEOLOGÍA GENERAL – LOS CRISTALES PROPIEDADES
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GEOLOGÍA GENERAL – LOS CRISTALES PROPIEDADES
CRISTAL
Concepto
Se denominan cristales a los sólidos poliédricos naturales que tienen una estructura
Molecular definida, cuyas partículas constituyentes (átomos, moléculas o iones) se
ordenan conforme a un patrón que se repite en las tres direcciones del espacio. y están
limitados por caras planas cristalinas de forma y tamaño determinado para cada sustancia
química y que son el resultado de un compuesto químico Cuando se cristaliza en
condiciones favorables.
2) Características de los Cristales
2.1) Simetría
Si unimos mediante flechas (vectores) la distancia mínima que separa dos
átomos iguales en un cristal, en las tres direcciones del espacio, se forma
un poliedro al que denominamos celda unidad.
La forma de la celda unidad da lugar a los diferentes grupos de cristales, a
los que se le da el nombre de sistemas cristalográficos.
Las características que hacen que un cristal pertenezca a uno u otro
sistema cristalográfico son:
a. La relación entre los vectores que conforman la celda unidad:
iguales o distintos entre sí.
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b. Los ángulos que forman entre sí son vectores de 90° o distintos
de 90°.
c. Los elementos de simetría que se aprecian en dicha celda
unidad.
Centro de simetría: punto interior tal que divide en dos partes
iguales a todo segmento que pase por él (lo tienen todos los
cristales).
Plano de simetría: plano imaginario que divide la figura en dos
partes iguales (la imagen especular)
Ejes de simetría: línea imaginaria tal que girando la figura sobre
ella, vemos varias veces repetida la misma imagen al cabo de una
vuelta.
2 veces: eje binario
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3 veces: eje
ternario
4 veces: eje cuaternario
6 veces: eje senario
2.2) Isomorfismo.
Muchas veces dos minerales diferentes presentan idéntica forma
cristalográfica. Esto es debido a que los tamaños y características químicas
de los elementos que lo forman son similares, así como las condiciones
físicas en que se forman.
El isomorfismo da lugar, a veces, a series de minerales, de modo que en
una roca podemos encontrar tanto uno como otro, siendo la misma roca e,
incluso, ambos minerales mezclados
El isomorfismo da lugar, a veces, a series de minerales, de modo que en
una roca podemos encontrar tanto uno como otro, siendo la misma roca e,
incluso, ambos minerales mezclados.
2.3) Polimorfismo
Cuando los mismos elementos químicos se asocian bajo condiciones
físicas (presión y temperatura) diferentes, las distancias de enlace serán
distintas y, por tanto la forma cristalográfica también. Esto hace que haya
minerales distintos con idéntica composición química.
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Por ejemplo, los minerales calcita y aragonito son, ambos, carbonato
cálcico (CaCO3), pero sus diferentes condiciones de formación hacen que
tanto su aspecto como sus propiedades sean diferentes. Lo mismo ocurre
con el grafito, que se usa para la mina de los lapiceros y el diamante, la
piedra preciosa de mayor valor; ambos son el mismo compuesto (carbono
puro) pero claramente diferentes.
3) Propiedades:
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Aragonito Calcita
Grafito Diamante
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4) Tipos de Cristales
Tenemos los siguientes tipos de cristales:
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Así, la propiedad característica y definidora de la materia cristalina es ser periódica. Quiere esto decir que, a lo largo de cualquier dirección, los elementos que la forman se encuentran repetidos a la misma distancia(traslación). 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.
Periodicidad
En la materia cristalina, el valor de una propiedad medida en una porción de un cristal se mantiene en cualquier porción de él.
Homogeneidad
Las distancias entre los elementos constitutivos varía con la dirección, afectando a ciertas propiedades. Así una propiedad puede dar valores diferentes dependiendo de la dirección en que la midamos.
Anisotropía
Por el hecho de ser periódica la materia cristalina es simétrica.Simetría
Iónicos Covalentes
MolecularMetálicos
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4.1) Cristales Iónicos
El cristal está formad por iones positivos y negativos unidos entre sí
mediante fuerzas de naturaleza electrostática.
Hay que decir que este tipo de cristal son malos conductores del calor y de
la electricidad ya que carecen de electrones libres. Pero cuando el cristal es
sometido a una temperatura elevada los iones adquieren movilidad y
aumenta su conductividad eléctrica.
Los átomos de ciertos elementos consiguen completar su última capa
electrónica mediante la pérdida o ganancia de electrones:
Los elementos con pocos electrones en su última capa (como los
metales), pueden perderlos fácilmente. El resultado es un ión
(átomo con carga eléctrica neta distinta de 0 )con cargas positivas
de más: un catión.
Los elementos a los que le faltan pocos electrones para completar
su última capa electrónica (como los no metales), tiene facilidad
para atraer electrones hasta completarla. el resultado es un ión con
exceso de cargas negativas: un anión.
Cuando los átomos de un metal y un no metal se encuentran, el primero
cede electrones al segundo. Como resultado, el metal se convierte en
catión y el no metal se convierte en anión, es decir, dos iones con cargas
eléctricas opuestas que, en consecuencia, se atraen entre sí mediante
fuerzas de atracción electrostática. Este tipo de enlace químico se conoce
como enlace iónico.
Esta atracción no se limita a un solo ion, sino que cada uno se rodea del
máximo número de iones de carga opuesta que pueden rodear a un ion en
particular posible. El resultado es un cristal iónico.
Los cristales iónicos tienen las siguientes propiedades:
Sólidos a temperatura ambiente.
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Puntos de fusión y ebullición elevados.
No conducen la corriente eléctrica en estado sólido, pero si lo hacen en
disolución.
4.2) Cristales covalentes
Los átomos de los cristales covalentes se mantienen unidos en una red
tridimensional únicamente por enlaces covalentes. Esté tipo de cristal son
extremadamente duros y difíciles de deformar, y son malos conductores del
calor y por lo tanto de la electricidad (ya que sabemos que el calor y la
conductividad tienen una relación directa) ya que no existen electrones
libres que trasladen energía de un punto a otro. Un ejemplo típico de este
tipo de cristal es el Diamante.
4.3) Cristales moleculares
Son sustancias cuyas moléculas son no polares, la característica
fundamental de este tipo de cristal es que las moléculas están unidas por
las denominadas fuerzas de Van der Waals; estas fuerzas son muy débiles
y correspondes a fuerzas de dipolos eléctricos.
Su conductividad es nula; es decir no son conductores ni del calor y la
electricidad y son bastante deformables.
4.4) Cristales Metálicos
La estructura de los cristales metálicos es más simple porque cada punto
reticular del cristal está ocupado por un átomo del mismo metal.
Se caracterizan por tener pocos electrones débilmente ligados a sus capas
más externas. Están cargados positivamente.
Su conductividad es Excelente tanto térmica como eléctrica debido a sus
electrones libres.
Los cristales metálicos tienen las siguientes propiedades:
Son sólidos cristalinos, excepto el mercurio, que es líquido.
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Suelen ser bastante duros, al estar unidos los átomos de modo muy
compacto.
Son maleables (obtención de delgadas láminas de material sin que
éste se rompa) y dúctiles (pueden estirarse sin romperse
permitiendo obtener alambres o hilos), en mayor o menor grado, ya
que es posible mover una capa de átomos sobre otra.
5) Sistemas cristalográficos.
5.1) Sistema Cristalográfico Cúbico.
Tiene sus ejes iguales, perpendiculares entre sí e intercambiables por tener
igual longitud. Es el único sistema que tiene más de un eje de simetría del
orden superior a dos; su malla o forma fundamental es un cubo con un
nudo en cada vértice.
La simetría consiste de cuatro ejes ternarios iguales inclinados, que determinan
tres ejes binarios en las direcciones de a, b y c. En las clases de mayor simetría
estos ejes se hacen cuaternarios; además aparecen seis ejes binarios.
5.2) Sistema Cristalográfico tetragonal
Tiene tres ejes perpendiculares entre sí. Los dos ejes situados en el plano
horizontal son iguales e intercambiables, el tercero vertical es más corto o
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más largo. La malla sencilla es el prisma recto de base cuadrada, con un
nudo en cada vértice.
La simetría consiste en un eje cuaternario a lo largo de c y puede tener
además cuatro ejes binarios, perpendiculares a c, un plano perpendicular a
dicho eje, cuatro planos que lo contengan y un centro, que combinados o
independientes dan origen a siete clases de simetría
5.3) Sistema Cristalográfico Hexagonal
Posee cuatro ejes de referencia (único sistema que tiene cuatro), tres
iguales en longitud y en el plano horizontal, que se cortan bajo ángulos de
60°. El cuarto eje es vertical, perpendicular al plano que los contiene y más
corto o más largo que los otros tres. La malla o paralelepípedo fundamental
es el prisma hexagonal recto.
La simetría se caracteriza por la presencia de un eje senario que coincide
con eje c, puede tener seis ejes binarios perpendiculares a dicho eje, seis
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planos que lo contienen y un plano perpendicular al mismo y centro que
combinados o independientes da origen a siete clases de simetría
5.4) Sistema Cristalográfico Trigonal o Romboédrica.
Tienen tres ejes perpendiculares entre sí de igual tamaño y sus tres
ángulos iguales, pero los ángulos no pueden ser de 90°, 120° o 57°30’
La simetría está caracterizada por un eje ternario que es la diagonal mayor
del romboedro. Simetrías adicionales son tres ejes binarios perpendiculares
al eje ternario, tres planos que lo contienen y centro que combinamos o
independientes dan origen a cinco clases de simetría.
5.5) Sistema Cristalográfico Rómbico
Tiene tres ejes perpendiculares entre sí, de diferente longitud. Su malla
fundamental es el prisma recto de base rectangular con un nudo en cada
vértice.
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La simetría se caracteriza por la presencia de tres ejes binarios
perpendiculares entre sí y tres planos normales a cada uno de dichos ejes.
La simetría de este sistema se puede reducir a sólo tres ejes, o a un eje o
dos planos que lo contienen, que dan origen a tres clases de simetría.
5.6) Sistema Cristalográfico Monoclínico.
Tiene tres ejes desiguales, dos en el plano vertical, que se cortan en
ángulos oblicuos, el tercer eje perpendicular al plano de los otros dos. La
malla es un prisma oblicuo de base rectangular con nudos en sus vértices.
Las simetrías compatibles con estas redes son de plano y eje binario,
perpendiculares entre sí (o un plano o eje binario independientes) dan
origen a tres clases de simetría.
5.7) Sistema Cristalográfico Triclínico.
Tiene sus tres ejes desiguales que se cortan oblicuamente. La malla es un
prisma oblicuo de base romboidal con nudos en sus vértices. No tiene ejes
ni planos de simetría. Sólo centro. Sus formas simples constan solamente
de dos caras paralelas, por los que los cristales de este sistema son
siempre formas compuestas.
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Las simetrías Compatibles con esta red son la existencia o no de un centro
de simetría que dan dos clases de simetría.
6) Usos y aplicaciones
Paneles 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 necesidadde obtención de
cristales planos, a un bajo coste.
Cristales 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
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actualmente se están introduciendo en el mercado de los monitores
(pantalla plana).
Informática
: Un chip consta de distintas capas de materiales crecidos durante el
proceso de 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.
El cuarzo es uno de los Minerales Industriales más importantes: Es fundamental
en la provisión de silicio para la elaboración de ferro silicio.
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Las variedades coloreadas e incoloras se utilizan a veces como gemas. Otras
variedades como el ágata, además se la destina en la fabricación de morteros
de uso en laboratorios.
El cristal de roca, se utiliza en la fabricación de instrumentos ópticos, aparatos de
radio, aparatos químicos, etc.
Las arenas de cuarzo se utilizan en morteros, mezclas de hormigón, fabricación de
vidrio y para fracturación hidráulica.
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Las areniscas silíceas y cuarcitas se aplican en la industria de la construcción,
tales como para elaborar revoques finos de calidad y micro hornos comerciales.
Triturado y molido, se lo usa en la elaboración de ferromanganeso, preparación de
cajas para moldes de fundición, en cerámica refractaria, industria del vidrio,
fabricación de lijas, raspa para fósforos, polvos abrasivos, filtros finos, etc.
REFERENCIAS VIRTUALES:
http://recursostic.educacion.es/ciencias/biosfera/web/alumno/1bachillerato/cristalizacion/
activ_video0.htm
http://www.quimicaweb.net/grupo_trabajo_fyq3/tema5/index5.htm
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https://sites.google.com/site/ampliabiogeo/materiales_terrestres/propiedades-de-los-
cristales
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
-
Rivera Mantilla, Hugo (2005), “Geología General”, 2da Edición Lima –Perú. Pgs 69-
80.
J. Dercourt, J. Paquet (2000), “Geología”, Editorial Reverté 9a impresión. España.
Pg. 132-145.
Bastida, Fernando (2005), “Geología: una visión moderna de las ciencias de la
Tierra”, 3° Edición, Editorial Trea. México. Pgs. 140 – 150.
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