MODULO I. LABORATORIO GEMOLÓGICO MLLOPIS

Transcripción

1 3.1 I 3.1 INTRODUCCIÓN A LA CRIST RISTAL ALOGRAFÍA La Cristalografía es la Ciencia que estudia la materia cristalina, y siendo el mineral un cristal natural, estudiará sus caracteres cristalográficos. Su campo abarca el estudio de toda clase de materia cristalina, ya sea natural o artificial. Atendiendo a que los caracteres cristalográficos son geométricos, físicos y químicos, la Cristalografía se divide en Geométrica, Física y Química. LA CRISTALOGRAFÍA GEOMÉTRICA, o Cristalogeometría, es la que se ocupa de las propiedades y leyes que rigen, tanto la forma externa, de los cristales, como su estructura geométrica interna; a su vez podemos dividirla en dos partes: Cristalomorfia, o Cristalografía Morfológica que se refiere al estudio de la morfología de los cristales, o los fundamentos geométricos de la forma externa de los cristales. Es esta cristalografía la que estudia el gemólogo en su trabajo habitual. cristalina. Cristaloestructura que establece los fundamentos geométricos de la estructura LA CRISTALOGRAFÍA FÍSICA o Cristalofísica, estudia las propiedades físicas de los cristales y las acciones que sobre ellos ejercen los distintos agentes físicos, tales como: luz, calor, electricidad, magnetismo, rayos X y acciones mecánicas diversas. LA CRISTALOGRAFÍA QUÍMICA o Cristaloquímica, se refiere a aquellas propiedades o fenómenos químicos que tienen relación con la estructura cristalina como son: enlaces interatómicos, polimorfismo, isogonismo, isotipismo, diadoquía, crecimiento y disolución de los cristales, modos de cristalizar, etc. Nosotros vamos a hacer hincapié en la cristalografía morfológica, es la que nos dice la forma externa de los cristales y por la forma, color, aspecto, brillo, etc. es de la manera visual que los gemólogos identificamos la mayoría de los cristales y de los minerales. Sabemos que los átomos se juntan formando moléculas, cada mólecula tiene una forma determinda según los elementos que la componen, sus átomos forman una celdilla fundamental y la unión de estas celdillas, o moléculas repetidas en las tres direcciones del espacio es lo que constituyen lo que llamamos cristales. Estos cristales tienen formas poliédricas diversas dependiendo del tipo de celdilla. Entendemos por poliedro cristalino una porción de materia limitada por caras planas, íntimamente relacionadas con la estructura interna de las celdillas. Simetría cristalina Estas formas poliédricas tienen una simetría, entendiendo por simetría la repetición rítmica de elementos "reales" (caras, vértices, aristas y ángulos) siguiendo ciertas leyes o lo que llamamos "patrones naturales". En Cristalografía es muy importante la noción de simetría, porque no solo juega un gran papel en la forma externa de los minerales, sino también, como veremos más adelante en los módulos 6, 7, 8 y 9 en la ordenación de las partículas, que determina muchas de las propiedades físicas y ópticas de los cristales. Página nº28

2 Si examinamos con atención cristales bien formados de diversos minerales, nos daremos cuenta de que la calidad de las caras difiere entre sí; aún en un mismo cristal algunas caras pueden ser brillantes, otras mates y rugosas. Además, puede observarse que las caras y ángulos entre ellas no están distribuidos al azar sino que existe una regularidad de ordenación. Un cristal puede tener todas las caras similares mientras otro puede tener tan sólo dos iguales y estar colocados en lados opuestos del cristal. Para resumir, se ha visto que las caras similares tienen una distribución simétrica, la misma para todos los cristales de un mineral dado. Externamente, los cristales exhiben tres tipos de simetría conocidos con el nombre de elementos de simetría: simetría en torno a un plano, en torno a una línea (eje) y en torno a un punto. Estos elementos los llamamos "ideales o virtuales" a diferencia de los reales, estos son el resultado de la imaginación y de su naturaleza subjetiva. Elementos de Simetría Plano de simetría Es un plano imaginario que pasa a través del cristal dividiéndolo en dos mitades, de forma que cada una de ellas es la imagen especular de la otra. Algunas veces se denomina plano espejo pues si el cristal pudiera ser partido en dos y se sostuviera una mitad frente a un espejo, la imagen reflejada parecería reproducir el cristal completo. Algunos cristales llegan a tener hasta nueve planos de simetría mientras que otros no tienen ninguno. Se puede apreciar como el plano dibujado en rojo corta al cristal en dos partes iguales. Eje de simetría Un eje de simetría es una línea imaginaria a través del cristal alrededor de la cual puede hacerse girar, y de forma que el cristal, el conjunto de caras vértices y aristas, se repite dos o más veces durante la rotación completa de 360º. Los ejes de simetría pueden ser de orden 2, 3, 4 ó 6, llamados respectivamente, binario, ternario, cuaternario y senario. La figura ilustra ejes de segundo y cuarto orden (binario y cuaternario). Si se hace girar en torno al eje CC, el cristal repite el mismo aspecto cuatro veces durante un giro completo; no obstante, si se hace girar en torno a AA' o CC, se repite únicamente dos veces durante los 360º. Página nº29

3 Centro de simetría Se dice que un cristal tiene un eje de simetría si una línea imaginaria cualquiera que parte de un punto de la superficie y pasa por el centro puede encontrar un punto idéntico en el lado contrario. Los centros de simetría se hallan en cristales que tienen ejes y planos de simetría como en las figuras. La figura que mostramos tiene un centro como único elemento de simetría. Las caras similares y paralelas en los lados contrarios del cristal indican la existencia de este centro. Clases cristalinas Los cristales se agrupan según su simetría, es decir, según el conjunto de elementos de simetría planos, ejes y centro, en clases cristalinas. Sorprendentemente, el número de estos grupos no es muy elevado ya que la presencia de un elemento de simetría crea restricciones a los otros. Existen únicamente 32 clases cristalinas, las mismas 32 distribuciones simétricas con que los átomos podían distribuirse alrededor de un punto. Las clases cristalinas y los grupos puntuales tienen lo que podríamos decir simetría y se designan por los mismos nombres y símbolos. Todas las clases cristalinas cuyas unidades de construcción (celdillas unitarias) tienen la misma forma básica, tienen también ciertos aspectos de simetría en común y se agrupan en uno de los siete sistemas cristalográficos. Consideraremos solamente una clase en cada sistema cristalino, la clase de máxima simetría representada por la forma de la celdilla unidad, también llamada "la Holoedría del sistema", las otras clases cristalinas son las "Hemiedrias" (literalmente la mitad de la simetría) divididas en tres grupos "Hemimórficas", "Paramórficas" y "Enantiomórficas" y por último están las "Tetartohedrías" es una clase cristalina en la que con pocos elementos de simetría es suficiente para ser de un sistema cristalino y no de otro. Para no complicarnos y que podamos entender un poco de cristalografía, nos centraremos en la clase simétrica de la "Holoedría" que a su vez es en la que cristalizan la mayoría de los cristales importantes que estudiamos en Gemología. Ejes cristalográficos Los cristales se describen convencionalmente en función de líneas que pasan por su interior y que sirven de ejes de referencia. Estas líneas imaginarias, los ejes cristalográficos, son paralelos a las aristas de la celdilla unidad y proporcionales a sus longitudes. No obstante, cuando se dispone de un cristal pero no se conoce ni las dimensiones de la celdilla ni su orientación, es corriente considerar los ejes paralelos a la intersección de las caras principales. La simetría también puede servir de alguna ayuda pues los ejes cristalográficos acostumbran a ser ejes de simetría o ser perpendiculares a los planos de simetría. En realidad son tres ejes imaginarios (los sistemas cristalinos hexagonal y romboédrico tienen 4) que utilizamos de forma virtual para apoyar un cristal en el espacio. Nos sirven como ejes de referencia, en muchos cristales coinciden con ejes de simetría. Todos los cristales a excepción de los pertenecientes a los sistemas hexagonal y romboédrico (que tiene cuatro ejes: a, b, c y d) se refieren a tres ejes cristalográficos a, b y c perpendiculares entre sí, y forman ángulos de 90º. En el caso excepcional de los sistemas monoclínico y triclínico, todos los ejes tienen distinta longitud y están situados formando Página nº30

4 ángulos oblicuos entre sí. Aquí vemos tres ejes de diferentes longitudes mutuamente perpendiculares y con las siguientes orientaciones convencionales: el eje a es horizontal y va desde adelante hacia atrás también llamado "anteroposterior", el b es horizontal también y va de derecha a izquierda, llamado "transversal", mientras que el eje el c es "vertical". Los extremos de cada eje se designan con un + y un -; al extremo frontal del a, el derecho del b y el superior del c son positivos; los extremos opuestos se consideran negativos. Formas cristalinas El término "forma" en su significado más familiar indica el aspecto externo general, el nombre del cristal según sus caras y vértices, decimos "este cristal tiene forma de cubo", o este mineral ha cristalizdo en forma de tetragonal" o "estos cristales tiene forma de hexagonal". Cada sistema cristalino tiene sus formas básicas de cristales también llamadas "holoedros", que son completamente diferentes a las de otro sistema cristalino. Si hay minerales que cristalizan en la misma forma cristalina o, lo que es lo mismo, en el mismo holoedro, nos tendremos que fijar en otros datos como: color, brillo, estrias de crecimiento, figuras de crecimiento, figuras de corrosión, tipo de fractura, exfoliaciones, aristas romas o cantos rodados, datos que nos van a ayudar visualmente a distinguir unos de otros. En cristalografía no puede ser que un mineral cristalice en una forma cristalina de un sistema y en la de otro sistema cristalino, esto no es posible. Por ejemplo el Carbono cristalizado en el sistema cúbico corresponde al diamante, pero si cristaliza en s hexagonales entonces estamos hablando de grafito. Es decir que será otro mineral diferente. Una forma cristalina comprende un grupo de caras cristalinas toda con la misma relación a los elementos de simetría y ejes cristalográficos. Como todas las caras de una forma tienen la misma distribución de átomos, su aspecto es también igual. El hábito de los diamantes y de las espinelas es de octaedros, el de los granates es de rombododecaedros. Sistemas cristalinos Recordemos que según el número de elementos de simetría tendremos diferentes sistemas cristalinos. La diferencia entre los sistemas cristalinos es que no tienen los mismos elementos de simetría. Es decir, para efectuar una descripción rigurosa de un mineral hay que indicar siempre la clase cristalina, pero en el estudio de las gemas basta con indicar el sistema cristalino. Solo cuando hablamos de minerales en bruto, es cuando especificamos la forma cristalina. Por ejemplo, el diamante cristaliza en el sistema cúbico, pero dentro de ese sistema hay formas diferentes, por eso el aprovechamiento de lo que vamos a obtener después de tallar según sea el bruto, es diferente. El diamante en bruto tiene una clasificación previa al tallado según su forma cristalina. Página nº31

5 Sistema cúbico o isométrico Tiene una relación paramétrica ( la distancia medida desde el centro a cada uno de los puntos donde los ejes cortan a las caras) de a=b=c, los tres ángulos de corte de los ejes son de 90º Los elementos de simetría son 3E 4 4e 3 6e 2 9Pc, o lo que es lo mismo tiene 3 ejes cuaternarios, tres ejes ternarios, seis ejes binarios, nueve planos y un centro de simetría. Los holoedros del sistema cúbico son: CUBO 6 caras con cuadradas cada una de ellas perpendiacular a un eje y paralela a los otros dos. CUBO PIRAMIDADO es como si a cada cara de cubo le crece una pirámide, tiene 24 caras triangulares OCTAEDRO 8 caras triangulares ROMBODODECAEDRO 12 caras de rombo TRAPEZOEDRO 24 caras de trapecios TRIAQUISOCTAEDRO 3 caras por cada cara de octaedro total 24 caras triangulares EXAQUISOCTAEDRO seis caras por cada cara de octaedro, total 48 caras triangulares cubo octaedro trapezoedro cubo piramidado rombododecaedro triaquisoctaedro Hexaquisoctaedro Algunos de los minerales mas importantes que cristalizan en el sistema cúbico son: DIAMANTE, GRANATE, ESPINELA, FLUORITA, PIRITA, SODALITA, LAPISLÁZULI, BLENDA Página nº32

6 Sistema tetragonal Tiene una relación paramétrica ( la distancia medida desde el centro a cada uno de los puntos donde los ejes cortan a las caras) de a=b distinto de c, la medida del tercer eje es diferente de a y b, mayor o menor, los tres ángulos de corte de los ejes son de 90º. Los elementos de simetría son 1E 4 4e 2 5Pc, o lo que es lo mismo tiene un eje cuaternario, cuatro ejes binarios, cinco planos y un centro de simetría. Los holoedros del sistema tetragonal son: PRISMA TETRAGONAL DE 1 er ORDEN 4 caras rectangulares, lo remata el. Los ejes a y b salen por el centro de las caras. PINACOIDE BÁSICO, 2 caras paralelas adoptan forma poligonal según a la figura que corten. PRISMA TETRAGONAL DE 2º ORDEN igual que el de 1er orden pero orientado de arista. BIPIRÁMIDE TETRAGONAL DE 1ER ORDEN 8 caras triangulares orientado con la arista de las caras triangulares convergentes perpendicular a los ejes a y b. BIPIRÁMIDE TETRAGONAL DE 2º ORDEN igual que la anterior pero orientado de arista. La distancia medida en el tercer eje es diferente a los otros dos que son iguales. Si las tres fueran de la misma medida se pareceria a un octaedro. PRISMA DITETRAGONAL de ocho caras rectangulares. Lo remata el básico. También se combina con bipiramide en sus extremos. BIPIRÁMIDE DITETRAGONAL tiene 16 caras triangulares iguales, 8 arriba y 8 abajo. tetragonal de 1er orden tetragonal de 2º orden tetragonal de 2º orden básico tetragonal tetragonal de 1er orden Algunos de los minerales más importantes que cristalizan en el sistema tetragonal son: CASITERITA, ZIRCÓN, IDOCRASA (Vesubianita) ditetragonal Página nº33

7 Sistema hexagonal Tiene una relación paramétrica ( la distancia medida desde el centro a cada uno de los puntos donde los ejes cristalográficos cortan a las caras) de a=b=d distinto de c, los tres ángulos entre los ejes a, b y d son de 120º y todos están contenidos en un plano perpendicular a c y el ángulo es de 90º. Los elementos de simetría son 1E 6 6e 2 7Pc, o lo que es lo mismo, un eje senario, seis ejes binarios, siete planos y un centro de simetría. Los holoedros del sistema hexagonal son: PRISMA HEXAGONAL DE 1ER ORDEN 6 caras rectangulares forman el PINACOIDE BÁSICO Son dos caras paralelas perpendiculares al eje c. Solas no existen, sirven para rematar s o truncar s. Cierran los s o truncan las s. PRISMA HEXAGONAL DE 2º ORDEN igual que el de 1er orden pero está orientado de forma que el eje a sale por la arista. BIPIRAMIDE HEXAGONAL DE 1ER ORDEN 12 caras triangulares orientadas igual que el de 1er orden. BIPIRÁMIDE HEXAGONASL DE 2º ORDEN 12 caras triangulares orienbtadas igual que el de 2º orden. PRISMA DIHEXAGONAL 12 caras rectangulares paralelas al eje c. lo remata un básico o también una. BIPIRÁMIDE DIHEXAGONAL 24 caras triangulares, el doble que una bipiramide hexagonal. Algunos de los minerales más importantes que cristalizan en el sistema hexagonal son: APATITO y BERILO hexagonal de 2ºorden dihexagonal hexagonal de 1er orden hexagonal de 2ºorden básico hexagonal hexagonal de 1er orden dihexagonal Página nº34

8 Sistema romboédrico o trigonal Tiene una relación paramétrica ( la distancia medida desde el centro a cada uno de los puntos donde los ejes cristalográficos cortan a las caras) de a=b=c=/d, los tres ángulos de entre los ejes a, b y d son de 120º y todos están contenidos en un plano perpendicular a c y el ángulo es de 90º. Los elementos de simetría son 1E 3 3e 2 3Pc, o lo que es lo mismo, un eje ternario, tres ejes binarios, tres planos y un centro de simetría. Los holoedros del sistema romboédrico son: PRISMA HEXAGONAL DE 1ER ORDEN 6 caras rectangulares forman el PINACOIDE BÁSICO HEXAGONAL Son dos caras paralelas perpendiculares al eje c. Solas no existen, sirven para rematar s o truncar s. PRISMA HEXAGONAL DE 2º ORDEN igual que el de 1er orden pero está orientado de forma que el eje a sale por la arista. ROMBOEDRO TRIGONAL 1ER ORDEN seis caras con forma de rombo. Se orienta igual que el de 1er orden. ROMBOEDRO TRIGONAL DE 2º ORDEN seis caras con forma de rombo. Se orienta igual que el de 2º orden. PRISMA DIHEXAGONAL 12 caras rectangulares. Normalmente lo remata el básico, el romboedro o el escalenoedro. ESCALENOEDRO DITRIGONAL 12 caras triangulares, el doble que un romboedro Algunos de los minerales más importantes que cristalizan en el sistema romboédrico son: CALCITA, FENAQUITA, SMITHSONITA, HEMATITES, BENITOITA, RODOCROSITA, CORINDON, CUARZO y TURMALINA hexagonal de 2ºorden romboedro de 2º orden escalenoedro ditrigonal hexagonal de 1er orden básico hexagonal romboedro de 1er orden dihexagonal Página nº35

9 Sistema rómbico Tiene una relación paramétrica ( la distancia medida desde el centro a cada uno de los puntos donde los ejes cortan a las caras) de [a distinto de b distinto de c ], los tres ángulos de corte de los ejes son de 90º. Los elementos de simetría son 3E 2 3Pc, o lo que es lo mismo tiene tres ejes binarios, tres planos y un centro de simetría. Los holoedros del sistema rómbico son: PRIMER PINACOIDE 2 caras paralelas entre si y perpendiculares al eje a o anteroposterior SEGUNDO PINACOIDE 2 caras paralelas entre si y perpendiculares al eje b o transversal. TERCER PINACOIDE 2 caras paralelas entre si y perpendiculares al eje c o vertical. PRISMA RÓMBICO DE 1ª ESPECIE 4 caras rectangulares paralelas al eje a. PRISMA RÓMBICO DE 2ª ESPECIE 4 caras rectangulares paralelas al eje b. PRISMA RÓMBICO DE 3ª ESPECIE 4 caras rectangulares paralelas al eje c. BIPIRÁMIDE RÓMBICA ocho caras triangulares. rómbico de 2ª especie primer tercer segundo rómbico de 1ª especie rómbico de 3ª especie Algunos de los minerales mas importantes que cristalizan en el sistema rómbico son: CRISOBERILO, TOPACIO, PERIDOTO, SINHALITA, ANDALUCITA, ENSTATITA, ARAGONITO, PREHENITA CORDIERITA y VARISCITA rómbica Página nº36

10 Sistema monoclínico Tiene una relación paramétrica ( la distancia medida desde el centro a cada uno de los puntos donde los ejes cortan a las caras) de [a distinto de b distinto de c] es decir, los tres parámetros desiguales, los dos ángulos de corte de los ejes son de 90º y distinto del tercer ángulo. Los elementos de simetría son 1E 2, o lo que es lo mismo tiene un eje binario. Los holoedros del sistema monoclínico son: PRIMER PINACOIDE 2 caras paralelas entre si. Corta a a y son paralelas a b y c. SEGUNDO PINACOIDE 2 caras paralelas entre si y a los ejes b y c. Cortan a a. TERCER PINACOIDE 2 caras paralelas entre si y a los ejes a y b. Cortan a c. PRISMA MONOCLINICO DE 1ª ESPECIE 4 caras rectangulares paralelas entre sí 2 a 2 y el conjunto paralelo al eje a. PRISMA MONOCLINICO DE 2ª ESPECIE 4 caras rectangulares paralelas entre sí 2 a 2 y el conjunto paralelo al eje b. PRISMA MONOCLINICO DE 3ª ESPECIE 4 caras rectangulares paralelas entre sí 2 a 2 y el conjunto paralelo al eje c. monoclínico de 2ª especie primer tercer segundo monoclínico de 1ª especie monoclínico de 3ª especie Algunos de los minerales más importantes que cristalizan en el sistema monoclínico son: EPIDOTA, DIÓPSIDO, DATOLITA, ESFENA, ORTOSA y JADE. Página nº37

11 Sistema Triclínico. Tiene una relación paramétrica ( la distancia medida desde el centro a cada uno de los puntos donde los ejes cortan a las caras) de "a" distinto de "b" distinto de "c", es decir, los tres parámetros desiguales, los tres ángulos de corte de los ejes son oblícuos entre sí. No hay ni ejes ni planos de simetría. El único elemento de simetría es 1C, o lo que es lo mismo solo tiene un centro de simetría. primer La única forma es el. Las caras se distribuyen en pares a lados opuestos. Las formas del sistema triclínico son: PRIMER PINACOIDE 2 caras paralelas entre si. Corta a a. SEGUNDO PINACOIDE 2 caras paralelas entre si. Cortan a b. TERCER PINACOIDE 2 caras paralelas entre si. Cortan a c. segundo tercer Algunos de los minerales mas importantes que cristalizan en el sistema triclínico son: AXINITA, ALBITA, KYANITA y RODONITA. Página nº38

12 Maclas En este MÓDULO 3 sobre la cristalografía morfológica solamente hemos considerado cristales únicos y bien formados. En la naturaleza es muy difícil encontrar estas formas geométricas ideales y lo más usual es encontrar los cristales en forma de agregados, algunas veces en crecimientos paralelos, otras en completo desorden. En muchas ocasiones podemos ver dos o más cristales de un mismo mineral que han crecido juntos de tal forma que ciertas direcciones de la red son paralelas, mientras otras están en posición revertida. Estos cristales se conocen con el nombre de cristales gemelos o maclas. Los miembros de un par de este tipo están relacionados entre sí de dos formas: como si uno de ellos derivara del otro por reflexión sobre un plano, el denominado plano gemelo; o como si una parte hubiera girado 180º respecto a la otra alrededor de la dirección del cristal común a ambas, el eje gemelo. El plano de la macla acostumbra a ser paralelo a la cara común del cristal pero nunca paralelo al plano de simetría. El eje acostumbra a ser un eje de simetría pero nunca uno de simetría par (binario, cuaternario, de orden 6). Una rotación alrededor de un eje de este tipo colocaría todos los planos de la red correspondientes en posición paralela. Además de poder definir las maclas por su eje y plano gemelos, lo que se denomina la ley de los gemelos, también pueden designarse como maclas de contacto o de penetración. En el primer caso los cristales individuales están en contacto, generalmente en el plano gemelo, mientras en la macla de penetración los dos individuos se encuentran interpenetrados. Cuando tres o más individuos se hallan reunidos en macla según la misma ley, el agregado se denomina macla repetida o múltiple. Si los planos gemelos son todos paralelos se obtiene un grupo denominado polisintético. De esta forma se obtiene un grupo con estriaciones paralelas muy típicas en los feldespatos plagioclasa. Si los planos gemelos no son paralelos entre si, sino paralelos a otras caras del mismo cristal, se forma una macla cíclica. El crisoberilo se halla con frecuencia en combinaciones de este tipo al igual que el aragonito o la esfena. Las maclas se presentan en cristales de todos los sistemas. Yeso Espinela Fluorita Ortosa maclas de gemelos por reflexión Maclas de interpenetración Crisoberilo Aragonito Casiterita Maclas cíclicas Macla polisintética Macla de codo Página nº39