Cristalización en los minerales

 

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El término “mineralogía” etimológicamente procede del latín “minera” que significa mena y fue introducido en 1636 por el científico italiano Bernardo Cesio. La cristalografía es la ciencia que estudia las estructuras cristalinas. Su etimología proviene del griego Kristallos que significa cristal. Por otra parte, la cristalografía también se encarga del crecimiento, de la forma y de la geometría de los cristales. Los griegos ya determinaron el hielo como un cristal.
 

Los minerales cristalizan de una forma determinada, es decir, que cuando las condiciones son favorables, cada elemento químico contenido en un fluido tiende a cristalizar en una forma característica. Por ejemplo, la sal normalmente suele formar cristales cúbicos, mientras que el granate suele aparecer con más frecuencia en forma de cristales dodecaedros, 12 caras, o cuerpos de 24 caras, y a veces también puede aparecer en forma de cristales cúbicos.
En la mayoría de casos, los minerales, a pesar de sus diferentes formas de cristalización, cristalizan siempre con una misma clase y sistema.
 

Teóricamente se pueden encontrar treinta y dos clases diferentes de estructuras cristalinas, pero en la realidad sólo alrededor de 12 estructuras son las que se encuentran comúnmente. Las treinta y dos clases se agrupan en seis sistemas cristalinos (considerando al trigonal y al hexagonal en un mismo sistema!), caracterizados por la longitud y posición de sus ejes. Los minerales que comparten un mismo sistema comparten muchas características similares de simetría y forma cristalina, así como muchas otras propiedades importantes.
 

La cristaloquímica estudia la relación entre la composición química, la disposición de los átomos y los enlaces entre éstos que determinarán la fuerza con la que están unidos. Esta relación determina las propiedades físicas y químicas de los minerales.
Los átomos del cristal se estructuran de una determinada manera cuya disposición de puede conocerse por el método de difracción de rayos X, es decir, se analizan los patrones de difracción de una muestra cristalina al irradiarla con un haz de rayos X. La estructura cristalina también se puede estudiar mediante la microscopía electrónica.
 

Cómo antes se ha mencionado los átomos se estructuran de una manera determinada, siendo ésta en redes basadas en la repetición tridimensional de sus componentes. De esta repetición surge la célula o celda cristalina. La clasificación de los cristales se interpreta según sean las propiedades de simetría de la celda. Estas propiedades de simetría también pueden también observarse a nivel de visu (microscópicamente) de los cristales, en el momento en que empecemos a notar formas geométricas o planos de fractura. El estudio de la cristalografía depende casi en su totalidad de un cierto conocimiento del grupo de simetría.
 

El empleo de estas celdas nos facilita la caracterización de las estructuras cristalinas, limitando a tan solo 7 las diferentes estructuras. Por otra parte, los materiales al estar formados por átomos nos encontramos ante la necesidad de saber cómo se agrupan estos dentro de las celdas.
Para conseguir este objetivo hay que considerar una entidad que represente al átomo o a un grupo de éstos, a la que se denomina punto reticular. El siguiente paso es buscar todas las posibilidades que hay de colocar puntos reticulares en cada uno de los siete sistemas cristalinos, de forma que cada punto reticular esté rodeado del mismo número de puntos reticulares y estos se sitúen en las mismas posiciones. Las combinaciones, están también limitadas a 14, a las que se denominan redes de Bravais
En el ámbito de la cristalografía, las Redes de Bravais son una disposición infinita de puntos discretos cuya estructura es invariante bajo traslaciones. En la mayoría de casos también se da una invariancia bajo rotaciones o simetría rotacional. Estas propiedades hacen que desde todos los nodos de una red de Bravais se tenga la misma perspectiva de la red. Se dice entonces que los puntos de una red de Bravais son equivalentes.
 

Mediante teoría de grupos se ha demostrado que sólo existe una red de Bravais unidimensional.
La red unidimensional es elemental siendo ésta una simple secuencia de nodos equidistantes entre sí. En dos o tres dimensiones las cosas se complican más y la variabilidad de formas obliga a definir ciertas estructuras patrón para trabajar cómodamente con las redes.
 

Las celdas de un cristal presentan unos elementos básicos de simetría. El primero es el eje de simetría que es una línea imaginaria que cruza a través del cristal, alrededor de la cual, al realizar éste un giro completo, repite dos o más veces el mismo aspecto.
El segundo elemento es el plano de simetría, que al igual que el eje, es un plano imaginario que divide el cristal en dos mitades simétricas especulares dentro de celda. Puede haber muchos planos de simetría.
Por último, existe el centro de simetría, que es un punto dentro de la celda que al juntarlo con cualquier otro punto de la superficie, repite al otro lado del centro y a la misma distancia, otro punto similar.
 

Las agrupaciones de los elementos de simetría son 32 y a éstos elementos corresponden muchas más clases cristalinas. Todos los cristales se pueden clasificar dentro de estas 32 clases que, a su vez, se reagrupan en 7 sistemas que son el cúbico, tetragonal, hexagonal, trigonal o romboédrico, rómbico, monoclínico y triclínico que tienen las siguientes características:
 

Sistema cúbico:
Sus cristales tienen nueve planos de simetría y trece ejes, tres de ellos cuaternarios, cuatro ternarios y seis binarios. Hay muchos minerales que cristalizan en este sistema, entre ellos, por ejemplo, la galena, la sal común o la fluorita, de las que se encuentran con frecuencia grupos de cristales cúbicos. La pirita, sulfuro de hierro, cristaliza también en este sistema, formando cubos, dodecaedros pentagonales o combinaciones de ambas formas.


Sistema monoclínico:

Sólo tiene un plano de simetría y un único eje binario. A este sistema pertenece, por ejemplo, el yeso puede formar curiosas maclas, con frecuencia en punta de flecha. También pertenece a este sistema la ortosa, y otros minerales.
 

Sistema triclínico:

Dentro de este sistema se encuentran los cristales bastante asimétricos que carecen de planos y de ejes de simetría. Los minerales que pertenecen a este sistema no suelen ser muy comunes.
 

Sistema romboédrico o trigonal:
Durante mucho tiempo fue considerado como parte del sistema exagonal, porque sus formas pueden ser consideradas como derivaciones de aquél, pero tiene como clara diferencia la posesión de un eje de simetría ternario. Son cristales con las caras romboédricas, de trapecios o de triángulos escalenoédricos. Los minerales que cristalizan en este sistema es el cuarzo, muy en la corteza terrestre, que forma prismas como los que se ha descrito. La calcita cristaliza en el sistema trigonal, adoptando la forma de romboedro o de escalenoedro. También cristalizan en este sistema las turmalina.
 

Sistema rómbico:

Tiene tres planos de simetría y tres ejes, siendo los tres binarios, desiguales y perpendiculares entre sí. Entre los minerales que pertenecen en este sistema está, por ejemplo, el azufre, la baritina, etc.


Sistema tetragonal:

Los cristales poseen cinco planos de simetría, un eje cuaternario y cuatro binarios, éstos perpendiculares a aquél. Se ha llamado también sistema cuadrático porque en sus formas más típicas, que son el prisma tetragonal y la pirámide tetragonal, cualquier sección paralela a los radios binarios es perfectamente cuadrada. Cristalizan en este sistema, por ejemplo, el circón, la casiterita, etc.
 

Sistema hexagonal:
Los cristales que pertenecen a este sistema se caracterizan por tener siete planos de simetría, un eje senario y seis ejes binarios. Tiene formas holoédricas típicas como son el prisma hexagonal, la pirámide hexagonal, el prisma y la pirámide dihexagonal. Unos ejemplos de minerales son el berilo, entre otros, y como curiosidad, el agua cuando se solidifica constituyendo la nieve, cristaliza también en este sistema, bajo el aspecto de cristales microscópicos hexagonales formando maclas muy pequeñas siempre hexagonales.
 

Así pues, un mineral es una sustancia natural de carácter inorgánico, que posee una estructura atómica definida de elementos químicos de los cuales está formado, dando lugar al crecimiento de superficies planas o caras, pero si dicho mineral se ha podido desarrollar en condiciones ideales y sin impedimentos, podremos apreciar que se ha desarrollado siguiendo el patrón de conocidas y no tan conocidas formas geométricas. Ahora es cuando se le puede llamar cristal a dicha formación. También tienen una estructura química definida.
     

El crecimiento de un mineral viene marcado por una serie de condiciones tales como:

      

Un mineral no tiene porqué dar una forma geométrica definida. Puede que las condiciones de crecimiento no hayan sido las ideales, entonces diremos que este mineral es masivo. Luego hay minerales que no tienen una estructura cristalina definida, como el ópalo, que se dice que tiene estructura amorfa, donde los elementos que la componen se sitúan en el espacio de forma muy desordenada.
 

Los minerales que sí tienen estructura cristalina definida y forman cristales se los agrupa por hábitos como por ejemplo:

 

Bibliografía: Rocas y minerales de Sue Fuller

                Guía de las piedras preciosas y ornamentales de Walter Schumann

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