SIMETRIA Y CRISTALIZACIÓN

Transcripción

1 2017/18 SIMETRIA Y CRISTALIZACIÓN Blanca Bauluz Lázaro Dpto. de Ciencias de la Tierra IUCA- Facultad de Ciencias Universidad de Zaragoza

2 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!

3 - 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?

4 Qué es un CRISTAL? SÓLIDO ORDENADO Las partículas (átomos) constituyentes están ordenados según una estructura tridimensional periódica.

5 HALITA (SAL COMÚN): NaCl

6 El orden interno de los cristales puede, o no, manifestarse al exterior dando caras, aristas y vértices. cristales naturales y artificiales cristales orgánicos e inorgánicos cristales transparentes y opacos cristales coloreados e incoloros TODOS los cristales tienen una estructura interna ordenada que les confiere simetría.

7 λ= Å d = Å Los CRISTALES producen diagramas de difracción de RX a partir de los cuales se puede reconocer su estructura. LOS CRISTALES NATURALES FORMADOS POR PROCESOS INORGANICOS SON MINERALES

8 HALITA (SAL COMÚN) Mineral (natural) Cristal (artificial) Mineral (natural)

9 Que es un VIDRIO? SOLIDO NO ORDENADO (amorfo) Vidrios naturales y artificiales Vidrios orgánicos e inorgánicos Vidrios transparentes y opacos Vidrios coloreados e incoloros EJEMPLOS?

10 Materiales amorfos cristales o vidrios? Obsidiana (vidrio volcánico)

11 Ejercicio. Averigua si estos materiales son, o no, cristalinos. Oro circonita Sepiolita Lámpara de sal Pumita (piedra pomez) Copas de vino

12 LOS CRISTALES TIENEN SIMETRIA Qué ES LA SIMETRIA? 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. 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

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14 mod_resource/content/1/1c_c11812_a/c ristalografia/5/5.htm

15 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.

16 HALITA (Na Cl) Estructura de la HALITA (Na Cl) El Cl y Na se repiten a distancias constantes y de modo alternante, a lo largo de tres direcciones mutuamente perpendiculares. SISTEMA CUBICO

17 CUARZO (SiO 2 ) Si y O Estructura del CUARZO (SiO 2 ) S. TRIGONAL

18 Formas cristalográficas Forma cerrada Granate (Ca 3 Cr 2 (SiO 4 ) 3 ) S. Cúbico + Zircon (Zr SiO 4 ) (S. Tetragonal) Forma abierta Forma abierta

19 Formas cristalográficas Forma abierta NaFe 3 Al 6 (Si 6 O 18 )(BO 3 ) 3 (OH) 3 (F,OH) Turmalina (S. Trigonal) Forma cerrada Oro (Au) (S. Cúbico)

20 Formas cristalográficas Diamante (C) (S. cúbico) Forma cerrada Calcita (CaCO 3 ) (S. Trigonal) Forma cerrada

21 Formas cristalográficas Yeso (CaSO 4 2H 2 O) (S. Monoclinico) 1 pinacoide+ 2 prismas monoclinicos Formas abiertas

22 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 Grupos puntuales de simetría COMBINACIÓN TRICLÍNICO MONOCLÍNICO TETRAGONAL TRIGONAL HEXAGONAL CÚBICO NOMBRES X Tetartoedrías X par m Tetartoedrías con eje de inversión X.1 1 2/m 4/m 3 6/m 2/m3 Hemiedrías paramórfica RÓMBICO X 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

23 Y que pasa cuando los cristales no presentan una forma cristalina esperable?

24 Hábito es el aspecto general de un cristal debido al desarrollo relativo de las distintas formas. Menor desarrollo de una dimensión frente a las otras dos Disminución del grosor Aumento de la elongación Equidimensional Prismático o prismatico-planar Planar o Laminar Hojoso Prismático/ prismático-columnar Tabular Listón Acicular Mayor desarrollo de una dimensión frente a las otras dos Fibroso

25 YESO (CaSO 4 2H 2 O) Columnar Hábitos Prismático Fibroso Borde inf de la imagen= 5 cm Borde inf de la imagen= 5 cm

26 YESO (CaSO 4 2H 2 O) Hábitos Lenticular

27 CALCITA (CaCO 3 ) Tabular Hábitos Planar Acicular

28 Un ejemplo cotidiano: La sal común Sal negra Sal del Himalaya

29 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.

30 Agregados cristalinos homogéneos Agregados anáxicos: Fluorita CaF 2 Olivino (Mg,Fe) 2 SiO 4 Agregados uniáxicos: Cuarzo SiO 2 Yeso CaSO 4.2H 2 O

31 Agregados biáxicos o maclas: Estaurolita (Fe,Mg,Zn) 2 Al 9 (Si,Al) 4 O 22 OH 2 Yeso CaSO 4.2H 2 O Agregados triáxicos: Dado que no se rompe la continuidad estructural podrían ser considerados como monocristales. Halita NaCl

32 Por qué? Para qué cristalizamos? Entender los procesos de cristalización que ocurren en la naturaleza Obtener cristales con propiedades similares o mejores que los cristales naturales (=minerales)

33 Cómo crece un cristal? En una fase fluida - Nucleación - Crecimiento del cristal a partir de ese núcleo. Nucleación Formación de un conjunto de partículas estructurales (átomos, iones, o moléculas) que dispuestos ordenadamente sirven de semilla para el futuro cristal.

34 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.

35 Qué necesitamos para que se forme un núcleo? 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).

36 Qué necesitamos para que el proceso de crecimiento cristalino progrese? Aporte constante de elementos químicos 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.

37 Es importante el grado de sobresaturación? Si es débil se forman cristales grandes y uniformes. Si es muy alta el cristal crece más rápidamente, atrapa inclusiones fluidas y presenta imperfecciones y tamaños más pequeños.

38 Cómo crece el cristal? 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.

39 Podemos aprender de la naturaleza?

40 Formación de cuevas DISOLUCIÓN Y CRISTALIZACION de CaCO 3 Temperatura CO 2 aire y en el agua Concentración iónica Calcita y aragonito

41 CUEVA de los CRISTALES GIGANTES de NAICA Cristales de Yeso (CaSO 4 2H 2 O)

42 CRISTALES GIGANTES DE NAICA

43 CRISTALES GIGANTES DE NAICA

44 CRISTALES GIGANTES DE NAICA Chihuahua. Norte de México. Mina en explotación desde Explotan minerales de Pb, Ag, Zn y Cu. Aguas calientes (asociadas a actividad ígnea) T= 52ºC. Ricas en sulfuros (ph<7) Cueva profunda (300 m profundidad)

45 Agua caliente con alta concentración iónica y ácida. Sistema cerrado. Fuente de calor y aporte de elementos químicos continuos en el tiempo.

46 Planetario de Huesca. 25 de octubre - 11 de diciembre de 2017 Cámara de Comercio de Teruel. 19 diciembre - 26 de enero de 2018