Cristalografía

Química. Cuerpos cristalinos. Minerales. Ordenación de moléculas. Estado amorfo. Propiedades. Proceso de cristalización. Redes

  • Enviado por: AinaraTF
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TEMA 1: CRISTALOGRAFÍA: DEFINICIÓN Y CONCEPTOS BÁSICOS.

HISTORIA.

Es la ciencia que estudia los cuerpos cristalinos (griego: Kristallos + grafo = cristal + descripción) Los griegos ya determinaron al agua helada como cristal. Al cuarzo transparente se le llama cristal rocoso, que se formaba cuando el agua se congelaba y se petrificaban. Esta interpretación fue válida hasta la Edad Media.

Hoy en día cristal es todo mineral con formas poliédricas.

Los primeros investigación buscaban una utilización industrial, y fueron los filósofos los primeros en tener curiosidad por los minerales, pensando que tenían poderes curativos (300-200 a.C.) Perilitón fue el primero en descubrir la angulosidad de los cristales. En 60 d.C. un farmacéutico habla de las formas poliédricas, también habla de la cristalización del sulfato y la especial rotura de algunos minerales. En esa época otro autor habla de las caras hexagonales del cuarzo, un peculiar tipo de yeso que aparece en forma de cabello.

El 1º texto serio escrito aparece sobre 1556 por George Agricola, en una de sus obras “De Natura Fossilium” donde reconoció la importancia de las formas geométricas.

A partir del s.XVI empieza a aparecer como ciencia. Kepler hace un estudio de los cristales de nieve, los cuales fueron seguidos por Cook, midiendo la distancia entre ángulos.

Steno dedujo la “ ley de constancia de ángulos” diedros, empleando términos usados hoy en día. Y ya aparece como ciencia.

Romé de L´Isle conoce un catálogo de minerales, a partir del cuál, fundamenta la existencia de formas regulares propias de los minerales.

Häy habla de la esfoliación, rompiendo varias veces la calcita forma láminas cada vez más pequeñas. Dice que cada mineral tiene un núcleo “forma primitiva”, por la exfoliación podemos encontrarla “molécula elemental” que tendrá la composición del mineral; él decía que estaba formada por un múltiplo de esa molécula elemental. Estas moléculas están colocadas de forma ordenada.

1.Cristalografía elemental:

- los cristales son considerados como agregados de esa molécula elemental:

  • Escuela alemana Weús-Miller se estudia desde la matemática.

  • Escuela francesa se estudia desde lo experimental.

- los fenómenos isomorficos (composición varia y la forma permanece) y polimorfos (igual composición y distinta forma) fueron descubiertos en el siglo 19 y llevará a la teoría de las redes cristalinas de Bravais.

2.Cristalografía roetnográfica:

Sobre 1910, se pensó en los cristales para la difracción de los rayos X y aparece la teoría de las redes moleculares. Consideran el cristal formado por partículas ordenadas. Un año después Bravais simplifica este estudio llevándolo a las matemáticas.

3.Cristalografía estructural:

Se reúne la escuela alemana y francesa, definiendo las redes y estableciendo el estudio de medios cristalinos. Combinando los elementos en el espacio. En el cristal tiene tanta importancia la materia como la ordenación. Barlow también habla de esferas, los átomos, empaquetados donde hay huecos, y también habla de los enlaces. Los cristales van a depender de los átomos que los formas y los enlaces que los unen. Los átomos están empaquetados de forma ordenada.

Desde los años 50 se da más importancia a la estructura.

La cristalografía la dividimos en:

Estructural: analiza la estructura de los motivos (átomos, moléculas,...)

Geométrica: estudia el ordenamiento de los motivos, se ocupa de la forma externa.

Física: trata las propiedades físicas.

MINERALOGÍA: es una ciencia reciente, pero se conoce desde hace mucho, como los pigmentos y otros minerales para obtener metales. Agricolas es el 1º en tratamiento con seriedad y hace una recopilación de minerales. Esta ciencia la dividimos en: petrografía, metalurgia, cerámica...

ESTADO AMORFO Y CRISTALINO.

Amorfos: son muy pocos sólidos, inorgánicos y naturales, no poseen un orden interno y por lo tanto exteriormente tiene forma irregular. Carecen de constantes físicas.

Cristalizados y cristalinos: la mayoría presenta una regularidad interna, se forman de forma ordenada, aparece un núcleo que comienza a crecer por agrupaciones de iones o moléculas. Crecerá en función del tiempo y el espacio. En libertad este orden interno se refleja externamente, estos son los cristalizados. Cuando no está libre, no se refleja externamente o lo refleja defectuosamente, estos son los sólidos cristalinos. Estos si tienen constantes físicas como: punto de ebullición, punto de fusión...

CRISTAL es cualquier sólido con estructura interna ordenada, independientemente de la forma externa.

PROPIEDADES.

La 1º característica es la periodicidad, sus componentes están situadas paralelas y a igual distancia a lo largo de una determinada dirección. Es una repetición monótona de agrupaciones de átomos. La distancia a la cual se repiten estas unidades estructurales es el “periodo de traslación o de identidad”.

La homogeneidad, se dice que hay una homogeneidad física cuando dos porciones de una sustancia con igual forma y dimensión e igual orientación en el espacio, son absolutamente idénticas. Esto determina la existencia de direcciones y planos equivalentes, todos ellos paralelos y con las mismas propiedades.

La anisotropía es una propiedad de los cristales. Se da cuando los vectores representativos de la propiedad cambian con la dirección en el espacio. En los cristales se da por su distribución de caras y aristas que no equidistan lo mismo del centro.

PROCESO DE CRISTALIZACIÓN.

Los cristales se forman a partir de disoluciones, fundidos y vapores. Los átomos en estos estados desordenados tienen una disposición al azar, pero al cambiar la temperatura, presión y concentración pueden agruparse en una disposición ordenada característica del estado cristalino.

Los cristales pueden formarse de una disolución por descenso de la temperatura o de la presión. También se puede formar a partir de una masa fundida de igual forma que las disoluciones. Por otro lado, aunque la cristalización a partir de un vapor es menos corriente, los principios básicos son muy parecidos (ej. : página 14 del manual de mineralogía de Dana).

TIPOS DE REDES.

La distancia entre partículas se llama “traslación” y pueden tener distintas direcciones. Podemos representarlas por la “ teoría de las redes cristalinas” constituidos por nudos. Están separadas por traslaciones (vectores), que son en cada caso una distancia fija. Una fila de nudos forma una red monodimensional. Dos filas reticulares conjugada forman una red bidimensional, el conjunto de las dos traslaciones forma una celda.

Si encontramos una tercera traslación forman una red tridimensional

Y los ángulos serán ð , ð , γ, y los módulos se llaman a, b y c y estas son constantes reticulares.

Propiedades: debido a estas constantes reticulares son periódicas. Otra característica es la homogeneidad, es decir, todos los nudos son idénticos, independientemente de la posición. Además son simétricos, es decir, la operación que hace coincidir dos nudos homólogos, esto es debido a las traslaciones. La magnitud de la traslación varía con la dirección y por lo tanto decimos que es anisótropa.

En una red tridimensional la celda principal es un paralelogramo.

Redes planas.( fotocopia 9)

Obtenemos los distintos valores para a y b y para γð Encontramos varios tipos: oblicua, rectangular, rómbica, hexagonal, cuadrada. Además podemos encontrar dos más, añadiendo un nudo en la operación de centralización, pero esto sólo es válido para las redes rectangular y rómbica, puesto que al añadir un nuevo nudo debe generar una nueva red. Así al añadir un nudo en la red rectangular obtenemos rombos y al añadir un nudo en la red rómbica se originan rectángulos.

En total hay siete redes planas.

Redes tridimensionales.( fotocopia 10 y 11)

Las redes primitivas se les denomina con P y a las redes centradas A, B y C. Cuando centramos todas las caras la llamamos F. Cuando además puedo centrarla en el interior la denomino I.