TEMA 4
CRISTALIZACIÓN Y
AMBIENTES
PETROGENÉTICOS
Eduardo Sanz Mora
Dpto. Biología y Geología IES Isabel Martínez Buendía
1. Concepto de mineral y cristal
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.- Sólido de estructura interna ordenada (independientemente de que
externamente no lo aparente)
“Todos los Minerales son cristalinos”
MINERALOIDE.- También llamados sólidos amorfos. Sus componentes no se
encuentran ordenados siguiendo un patrón de repetición geométrica.
2. Formación de los minerales
Condiciones
.- la presión, temperatura y concentración de los
componentes han de ser las adecuadas
Casos.-
estado desordenado
estado ordenado
(sólido, líquido, gaseoso)
(cristalino)
estado ordenado
estado ordenado
(cristal 1)
(cristal 2)
Proceso de formación.- La formación de cristales puede originarse de
diferentes maneras, según las características del ambiente donde
tenga lugar: solidificación, cristalización y recristalización.
Solidificación
Materiales 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.
Cristalización
Se produce la formación de cristales a partir de la incorporación de las
sustancias que componen un fluido, por saturación de alguno de los
componentes.
Precipitación.- 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.
Sublimación: 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.
Recristalización
Se 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. ESTRUCTURA INTERNA DE LOS
MINERALES
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
Cada celda unidad viene definida por la
magnitud de sus traslaciones (a y b) y
de los ángulos que forman entre ellas.
Por repetición de esta celda unidad
podemos reconstruir la red cristalina
Redes planas
En 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 tridimensionales
En este caso la celda unidad queda definida por tres traslaciones
fundamentales (a, b y c) los ángulos que forman: α (entre b y c), β (entre a y
c), γ (entre a y b)
Redes tridimensionales
Del apilamiento de estas redes se obtienen las redes tridimensionales. Existen 14
tipos diferentes de redes tridimensionales (redes 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. CRISTALOGÉNESIS
Independientemente del mecanismo ambiental que ha originado un cristal, su
formación o cristalogénesis sigue una serie de etapas denominadas
nucleación y crecimiento.
1. NUCLEACIÓN.- 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 homogénea: Cuando la
partícula es de la misma composición
y estructura del cristal que se va a
formar.
Nucleación 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. CRECIMIENTO.- 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 cristalinos
La 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
Vacancias: Se producen
por la ausencia en la red
de un elemento.
Átomos intersticiales:
Inclusión en la red de
un átomo fuera de las
posiciones reticulares.
Con frecuencia este
Sustituciones:
Entrada en la red de
un átomo diferente,
pero de similar radio
iónico que el que la
compone.
Dislocaciones: Aparición de
nuevas filas de elementos
cuando en el plano anterior
no existían.
Forma de los cristales
Como 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 cristalino y es fiel reflejo de su estructura
interna. Existen diferentes tipos de hábitos: acicular, laminar, poliédrico,
prismático.
Forma de los cristales
La 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 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 maclas,
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
MINERALES
1. 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
PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS
MINERALES
2. EXFOLIACIÓN: al aplicar la fuerza necesaria, se rompe de manera que
deje dos superficies planas .
YESO
MOSCOVITA
BIOTITA
PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS
MINERALES
3. 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
PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS
MINERALES
4. 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.
PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS
MINERALES
5. 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, metálico
y no 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).
PIRITA
vitreo
CUARZO
graso
TALCO
PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS
MINERALES
6. 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.
CINABRIO
PIRITA
MALAQUITA
PROPIEDADES QUÍMICAS DE LOS
MINERALES
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 SILICATADOS
•
Elementos nativos:
•
Sulfuros: minerales formados por la combinación del azufre con un elemento metálico.
Son minerales que se presentan como elementos aislados, sin
combinar con otros. Oro, plata, cobre, platino, azufre, carbono (diamante y grafito)
Calcopirita (CuFeS2), mena de cobre
Cinabrio (HgS), mena de mercurio
Galena (PbS), mena de plomo
Pirita (FeS2), para producir ácido sulfúrico
•
Haluros: combinación del cloro, flúor, bromo o yodo con metales.
Halita (NaCI), sal común utilizada en alimentación
Silvina (KCI), empleado para la preparación de sales potásicas fertilizantes.
Carnalita (KMgCl3· 6H2O), empleado para la preparación de sales potásicas fertilizantes.
Fluorita (CaF2), producción de ácido fluorhídrico para fabricar aluminio, y en la industria
química.
PROPIEDADES QUÍMICAS DE LOS
MINERALES
NO SILICATADOS
•
Óxidos e hidróxidos:
formados por uno o más elementos, generalmente metálicos,
combinados con el oxígeno o el agua.
Cuarzo (O2Si), posee innumerables aplicaciones, desde piedra semipreciosa y
ornamental hasta para la industria cerámica, eléctrica, óptica, de precisión y otras.
Magnetita (O4Fe3), mena de hierro.
Limonita (FeO.OH nH2O), mena de hierro
•
Carbonatos: Los carbonatos están formados por el anión carbonato (CO3=)
combinado con un metal.
Aragonito (CaCO3), las variedades transparentes y las alabastrinas se utilizan como
piedras preciosas.
Malaquita (Cu2CO3(OH)2), como mena de cobre, y como piedra ornamental.
Calcita (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 (FeCO3), mena de hierro.
•
Sulfatos:
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
MINERALES
SILICATADOS
Los 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:
•
Nesosilicatos:
•
Filosilicatos:
Olivino (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.
Caolinita (Al4(OH)8Si4O10), se utiliza principalmente en la industria de la porcelana y
también en la de la goma y el papel.
Micas (silicatos de aluminio y otros metales. La mica blanca se denomina moscovita y la
negra biotita),
Talco (Mg3(OH)2Si4O10), se utiliza en las industrias de la goma, papel, textil, en los
cosméticos y como colorante.
Aplicaciones de los cristales
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 necesidad de obtención de
cristales planos, a un bajo coste.
Aplicaciones de los cristales
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
actualmente se están introduciendo en el mercado de los monitores (pantalla plana).
Aplicaciones de los cristales
Cristales artificiales
La 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.
Aplicaciones de los cristales
Informática
Un 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 PETROGENÉTICOS
Los minerales son sustancias naturales, de composición química definida dentro de unos
límites y que presentan estado cristalino. Las rocas son agregados naturales de uno o más
minerales. Los ambientes petrogenéticos (ambientes que dan lugar a la formación de
rocas) se clasifican en tres grandes grupos:
Ambiente 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 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 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 ROCAS
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