CRISTALOQUMICA

CRISTALOQUMICAJasmin Vargas MamaniintroduccinLa composicin qumica de un mineral es de fundamental importancia, pues de ella dependen en gran medida muchas de sus propiedades. Sin embargo, estas propiedades no solo dependen de la composicin qumica, sino tambin de la disposicin geomtrica de los tomos o iones constituyentes y de la naturaeza de las fuerzas electrostaticas. CristaloqumicaCiencia cuyo objetivo e la explicacin de las relaciones entre la composicin qumica, estructura interna y propiedades fsicas de la materia cristalina.El tomoEn base a la teora atmica de Dalton, un tomo se define como la unidad bsica de un elemento que puede intervenir en una combinacin qumicaFormado por partculas subatmicas:Electrn (e-)Protn (p+)Neutrn (n)

Nmero de masa:= Nmero de protones + Nmero de neutrones

ISOTOPOS: tomos que tienen el mismo nmero atmico pero diferente nmero de masa.Ejemplo:Hidrgeno Deuterio Tritio A=1 A=2 A=3Tabla perdicaEs una tabla en la que se encuentran agrupados los elementos qumicos que tienen propiedades fsicas y qumicas semejantes.Los elementos estn ordenados de acuerdo a sus nmeros atmicos.Organizados en filas : PERIODOSOrganizados en columnas: GRUPOS

Elementos ms abundantes1. Oxgeno (O)2. Silicio (Si)3. Aluiminio (Al)4. Hierro (Fe)5. Calcio (Ca)6. Sodio (Na)7. Potasio (K)8. Magnesio (Mg)IONESUn in es un tomo o grupo de tomos que tienen una carga neta positiva o negativa.CATIN: Formado por la prdida de uno o ms electrones a partir de un tomo neutro.ANIN: Es un in cuya carga neta es positiva, debido a un incremento en el nmero de electronesGoldschmith, en 1926 determin los radios inicos y tomos de diversos elementos qumicos.RADIO ATMICO: Esta defiinido como la mitad de la distancia entre dos ncleos de dos tomos adyacentes. Determina el tamao del tomo.RADIO INICO: Es el radio de un catin o anin. Es posible medirlo por difraccin de rayos X. El radio inico afecta las propiedades fsicas y qumicas de un compuesto inico.Coordinacin de ionesCuando iones de cargas contrarias se unen para formar una estructura cristalina en la que predominan fuerzas de enlace electrottico, cada in tiende a apropiarse, o sea, a COORDINAR tantos iones de signo contrario permite su tamao.Los iones coordinados se agrupan siempre en torno al in central coordinador, de tal manera que sus centros ocupan los vrtices de un poliedro formando de esta manera al POLIEDRO DE COORDINACIN de aniones.Nmero de coordinacinEs el nmero de aniones en el poliedro con respecto a cada catin dado.O sea con cuntos tomos un anin o catin est rodeado.

Relacin de radiosEl tamao relativo de los iones es expresado, generalmente, como la RELACIN DE RADIOS, RA: RX, en donde RA, es el radio del catin y Rx, el radio del anin, en unidades de AngtromLas fuerzas intensas actan entre los iones que estn ms prximos entre s y que se dice constituyen la primera esfera de coordinacin.Polarizacin o deformacin inicaCuando un ion se halla en un campo elctrico, se deforma influenciado por los iones de carga contraria que la rodean.Cuanto mayor sea el radio del in y menor su carga, ms deformable ser.LEY FUNDAMENTAL DE LA CRISTALOGRAFALa estructura del cristal viene dada por el nmero de unidades estructurales que lo componen, de correlacin de sus dimensiones y propiedades deformadoras.V. GoldschmidtHaciendo una prueba con cierto nmero de esferas idnticas, tales como pelotas de ping pong se observa que unidades esfricas idnticas pueden ser empaquetadas juntas de una manera estable enuna de dos formas: Empaquetamiento hexagonal compacto (EHC) y empaquetado cbico compacto (ECC).Empaquetamiento hexagonal compacto (ehc)Empaquetamiento hexagonal de las esferas A entre las esferas pueden distinguirse dos tipos de hueco B y C, segn la orientacin de sus formas triangulares. Una parte de la segunda capa de EHC esta superpuesta sobre la partee superior de los huecos B. Este apilamiento noss da la combinacin AB. Si sobre la segunda capa se dispone una tercera sobre los hoyos de la segunda y por encima de las esferas A de la 1era capa obtenemos la estructuras ABA, que al extenderse hacia arria, con una nueva capa de esferas por encima de los huecos B da lugar a capas indefinidas.EMPAQUETADOS DENSOSEMPAQUETADO HEXAGONAL COMPACTOEl empaquetamiento de capas se dispone de forma que la secuencia da lugar a un apilamiento indefinido ABABABCAPA ACAPA BMisma posicin que capa A luego: CAPA AEmpaquetamiento cbico compacto (ecc)Cuando la tercera capa se dispone sobre la segunda de la secuencia AB, en los hoyos que directamente se encuentran sobre los huecos C de la primera capa, por lo tanto se forma una secuencia de 3 capas ABC. Este apilamiento crece indefinidamente segn la serie ABC ABC ABCEMPAQUETADOS DENSOSEMPAQUETADO CUBICO COMPACTOEl empaquetamiento de capas se dispone de forma que la secuencia da lugar a un apilamiento indefinido ABCABCABCCAPA ACAPA BCAPA CReglas de pauling1. Alrededor de cada catin se forma un poliedro coordinado de aniones, estando determinada la distancia catin-anin por la suma de los radios y el nmero de coordinacin del catin por la relacin de radios.2. PRINCIPIO DE VALENCIA ELECTROTTICA: En una estructura de coordinacin estable, la fuerza total de los enlaces de valencia que ligan un anin con todos los cationes prximos es igual a la carga del anin.3. La existencia de aristas y de caras comunes a dos poliedros de aniones en una estructura coordinada disminuye la estabilidad del cristal.4. En un cristal que contiene diferentes cationes, los de valencia elevada y nmero de coordinacin bajo, tienden a no compartir los elementos del pliedro con los otros cationes y cuando lo hacen las aristas compartidaS SE CONTRAEN, Y LOS cationes se desplazan de sus centros polidricos, alejndose de la arista compartida.5. PRINCIPIO DE PARSIMONIA: El nmero de clases esencialmente diferentes de constituyentes de un cristal tiende a ser pequeo, pues existen pocos tipos de contraste entre las posiciones de los cationes y aniones.Fuerza de enlace entre los cristalesENLACE INICO: Tiene lugar cuando o ms electrones de valencia de un tomo. Se transfieren a la capa de valencia de otro electrn, de modo que ambos mantienen su configuracin electrnica de gas inerte.Brillo vtreo.Dureza moderadaPeso especfico moderadoPtos de fusin y ebullicin generalmente altos.Baja conductividad.

ENLACE COVALENTE: Es el ms fuerte de los enlaces qumicos y se produce una comparticin de electrones.InsobulidadGranestabilidad qumicaPto de fusin y de ebullicin muy altosNo conductoresBrillo adamantino

ENLACE METLICO: Podemos afirmar que las verdaderas unidades estructurales de los metales son los ncleos de los tomos. Tambin hay transferencia de electrones. Este enlace se explica mejor con la teora del mar de electrones.Pto ebullicin: altoPto fusin: bajoBaja durezaMaleables, dctilesBrillo metlico

ENLACE VAN DER WALLS: Son las fuerzas residuales de los ncleos de los tomos. Especialmente efectivo a grabdes distancias de estructuras moleculares.Exfoliacin perfectaPunto de fusin muy bajoAislanteMayor captacin de otras molculas.

ENLACE DE HIDRGENO: Enlace electrosttico entre un in de hidrgeno positivamente cargado y un in cargado negativamente (F,O,N). Este enlace es ms fuerte que el de Van der Walls y se presenta en hidrxidos: silicatos, micas, minerales arcillosos.

HOMODSMICOS: Un solo tipo de enlaces.HETERODSMICOS: Ms de un tipo de enlace.

polimorfismoSe denomina poliformismo la capacidad que posee una sustancia cristalina para descifrar una o varias modificaciones de su estructura cristalina al modificarse los factoresw externos principalente la temperatura), y con tal motivo tambin modificaciones de sus propiedades fsicas.Ejemplo: Dimorfismo del carbono nativo>Diamante (sistema cbico)Grafito (sistema hexagonal)Tan diferentes el uno del otro por sus propiedades fsicas, a pesar de la identidad de la composicin.

POLIMORFISMO RECONSTRUCTIVOLleva consigo la ruptura de enlaces atmicos y la reunin de unidades estructurales en una distribucin diferente. Implica el resjuste interno exensivo para pasar de una forma a otra. Requiere de gran cantidad de energa, no es gfcilmente reversible y es muy lento.Cambio brusco de la energa al pasar de una forma poliforma a otra, no involucra ruptura de enlaces. Polimorfismo De desplazamientoCrecimiento continuo del nuvel de energa interna de un polimorfo hasta que se alcanza una temperatura especfica a la cual tiene lugar la transformacin.No involucra ruptura de enlaces y no requiere mucha energa al pasar de una forma a otra.Solo existe un ligero desplazamiento de tomos o iones y un reajuste en los ngulos de enlace.

Polimorfismo de Orden-DesordenSe observa principalemente en aleaciones metlicas pero tambin se presenta en los minerales. Para apreciar esta transformacin, debe tenerse en cuenta que el orden perfecto se presenta solo en el cero absoluto 273K.El incremento de temperatura perturba el orden perfecto de una estructura, hasta cierta T se genera el desorden, no hay punto de transicin entre orden y desorden.El enfrentamiento lento de una estructura mineral permite que los iones desordenados se ordenen en posiciones especficas y se conviertan en mas ordenados.

politipismoVariedad especial de polimorfismo tiene lugar cuando dos polimorfos difieren en el apilamiento de lminas o capas idnticas de do dimensiones.Como resultado, las dimensiones de la celda unitoria, paralels a las lminas sern idnticas en los dos politipos.

seudomorfismoLos minerales presentan una apariencia o forma externa flasa que no corresponde con su ordenamiento interno. Esto de produce por oxidacin o alteracin del mineral.Ejm:Pirita por oxidacin se puede convertir en limorita.Procesos de sudomorfismoSUSTITUCIN: Renovacin gradual del material primario y simultnemente, un reemplazzmiento del mismo por otro, sin reaccin qumica entre ambos.Ejm: Sustitucin por slice de las fibras de madera hasta formar una madera petrificada.INCRUSTACIN: Se deposita una costra de un mineral sobre cristales de otro.Ejm: Cuarzo incrustado en cubos de fluorita.ALTERACIN: Ha existido una adicin parcial del material nuevo o una renovacin parcial del material primario.Ejm: Galena se oxida formando anglesita.ISOMORFISMODescubierto en 1819 por Mitscherlitch. Se denominan isomorfas las sustancias de anloga constitucin qumica y similares constantes cristalogrficas de las malllas.PERFECTO: Dos sustancias pueden dar cristales mixtos (es decir, de composicin alterna) cualquiera que sea la relacin cuantitativa de estas sustancias.IMPERFECTO: Dos sustancias pueden dar cristales mixtos solamente a determinadas relaciones cuantitativas.ISOVALENTE: Igualdad de valencias es obligatoria.HETEROVALENTE: Los iones que se constituyen mutuamente tienen diferente valencia.DESMEZCLA (Ex-solucin)Proceso por el cual una solucin slida homognea se separa en dos (o posiblemente ms) minerales cristalinos distintos sin la adicin o eliminacin del material al sistema; esto significa que ningn cambio tiene lugar en la composicin global. La desmezcla en general tiene lugar como consecuencia de un enfriamiento.Defectos puntualesDEFECTOS SCHOTTCKY: Algunos cationes estn ausentes de sus posiciones normales en la estructura cristalina. Un cristal con estos defectos ha de retener su neutralidad elctrica y la carga total de los vacantes de cationes debe ser igual a la vacante de aniones.

vacanciaDefectos puntualesDEFECTO INTERSTICIAL: Un tomo se situa en un sitio intermedio entre posiciones estructurales

Defecto intersticialDefectos puntualesDEFECTOS DE IMPUREZA: Estos puntos defectivos son el resultado de la adicin de un in extrao a una posicin intersticial de la estructura de cristal o en lugar de uno o varios de los iones normalmente presentes.

ImpurezaDefectos linealesImplican desviaciones en la estructura cristalina. Existen dos tipos de dislocacin de aristas y dislocaciones de tornillo. Cuando un plano de tomos o iones en una estructura cristalina terminan en una lnea en lugar de continuar como requera un cristal, se deforma bajo tensin por deslizamiento atmico.

Dislocacin de filo

Dislocacin helicoidalDEFECTOS PLANARIOSRepresentan zonas tridimensionales a lo largo de las cuales se renen bloques ligeramente desorientados dentro de un solo cristal. En cristales menos ideales los bloques estructurales pueden estar ligeramente desorientados como en un modelo de mosaico.RED de cristal idealRED de cristal mosaicoCRISTAL MOSAICO: Dentro de un monocristal existen zonas con ligeras desorientacionesbibliografaPrincipios de Cristalografa:Prof: E. Flint, editorial Pazpginas 184-190Cursos de mineraloga:A. Betejtin Editorial MOSCUpginas 42-45Qumica (Dcima edicin)Changpginas 43-53 , 80-81Manual de MineralogaCorrelis Klein, Cornelius S. Hurlbutpginas 163-172, 176 , 186-228