Este documento describe los procesos de cristalización y formación de minerales. Explica que los minerales son sustancias sólidas de origen natural con estructura cristalina. Se forman a través de procesos de solidificación, cristalización o recristalización bajo condiciones específicas de presión, temperatura y composición química. Los cristales crecen a partir de núcleos siguiendo etapas de nucleación y crecimiento, aunque a menudo presentan defectos.

1. TEMA 4 CRISTALIZACIÓN Y AMBIENTES PETROGENÉTICOS Eduardo Sanz Mora Dpto. Biología y Geología IES Isabel Martínez Buendía

4. Solidificación Materiales en estado fundido que sufren un descenso en su temperatura produciéndose un cambio de estado En muchos casos, este proceso no implica un proceso de cristalización, como sucede frecuentemente en las rocas volcánicas (vidrios volcánicos). En las rocas plutónicas, por el contrario, sí tiene lugar la formación de cristales, puesto que, debido al enfriamiento lento, la solidificación se traduce en múltiples cristalizaciones por precipitación de diferentes minerales.

5. Cristalización Se produce la formación de cristales a partir de la incorporación de las sustancias que componen un fluido, por saturación de alguno de los componentes. Precipitación .- Cuando el fluido es un líquido. La causas son variadas: pérdida por evaporación del fluido, aumentos en la concentración (aporte de iones) y variaciones de temperatura o presión. Se verifica en todos los ambientes. Sublimación : Cuando el fluido es un gas se produce la cristalización directamente al estado sólido. Es el caso de las fumarolas volcánicas por la bajada brusca de la temperatura.

6. Recristalización Se forma un nuevo cristal por reorganización interna de los componentes de un cristal preexistente. Al variar las condiciones del medio (presión, temperatura o composición), un cristal puede desestabilizarse y empezar a variar su estructura o su composición por difusión en estado sólido. Son muy frecuentes en el ambiente metamórfico pero se verifican también en la meteorización y la diagénesis.

8. Redes planas En este caso la red viene definida por dos traslaciones (a y b) y el ángulo que forman entre ellas (a) . La celda unidad es un paralelogramo. En el plano solo existen 5 posibles tipos de redes:

9. Redes tridimensionales En este caso la celda unidad queda definida por tres traslaciones fundamentales (a, b y c) los ángulos que forman: α (entre b y c), β (entre a y c), γ (entre a y b)

10. Redes tridimensionales Del apilamiento de estas redes se obtienen las redes tridimensionales . Existen 14 tipos diferentes de redes tridimensionales ( redes de Bravais ) que se agrupan en 7 sistemas cristalinos diferentes . Cada sistema cristalino viene caracterizado por unos determinados valores de las traslaciones y de los ángulos que forman de su celda unidad:

13. Defectos cristalinos La cristalización nunca es perfecta. Como en cualquier proceso natural se producen imperfecciones en el crecimiento. Son las responsables de variaciones en el color o la forma de los cristales Vacancias : Se producen por la ausencia en la red de un elemento. Átomos intersticiales : Inclusión en la red de un átomo fuera de las posiciones reticulares. Con frecuencia este Sustituciones : Entrada en la red de un átomo diferente, pero de similar radio iónico que el que la compone. Dislocaciones : Aparición de nuevas filas de elementos cuando en el plano anterior no existían.

14. Forma de los cristales Como la tendencia durante el crecimiento es a completar caras, la forma final con la que aparece un cristal (siempre que no tenga limitación de espacio) se denomina hábito cristalino y es fiel reflejo de su estructura interna. Existen diferentes tipos de hábitos: acicular, laminar, poliédrico, prismático.

15. Forma de los cristales La formación de un único núcleo y un único cristal aislado es muy complicada. Por el contrario es frecuente que en el proceso de crecimiento se creen agregados cristalinos , unión de cristales formados a partir de diferentes núcleos. Según se dispongan los cristales, los agregados reciben el nombre de irregulares, paralelos, radiales, etc. Un tipo especial de agregados son las maclas , consecuencia de la formación de varios núcleos a partir de los cuales se ha producido el crecimiento. Ninguno de ellos consigue englobar a los demás, continuando todos su propio crecimiento.

25. Aplicaciones de los cristales Paneles fotovoltaicos Un panel fotovoltaico consta de un cristal de sílice que, al ser estimulado por un fotón, es capaz de desprender electrones (efecto fotoeléctrico) que son recogidos por un material conductor. La fabricación de paneles fotovoltaicos tiene la necesidad de obtención de cristales planos, a un bajo coste.

26. Aplicaciones de los cristales Cristales líquidos Los cristales líquidos constan de un fluido compuesto por moléculas alargadas que tienen la propiedad de ordenarse como un cristal ante la polarización eléctrica del medio. Al ordenarse cambian sus propiedades ópticas (color, opacidad, etc). Se han utilizado intensamente en las pantallas de pequeños aparatos electrónicos (calculadoras, relojes) y actualmente se están introduciendo en el mercado de los monitores (pantalla plana).

27. Aplicaciones de los cristales Cristales artificiales La necesidad de cristales abrasivos en la industria y el alto coste de los naturales (por ejemplo, los diamantes industriales) ha posibilitado la aparición de artificiales. Estos cristales no alcanzan los resultados de los naturales, pero su menor coste rentabiliza su obtención y uso. Estas técnicas también se han adentrado en el mundo de la joyería, obteniéndose gran variedad de piedras preciosas artificiales con colores escasos en las naturales.

28. Aplicaciones de los cristales Informática Un chip consta de distintas capas de materiales crecidos durante el procesode fabricación: metal, óxido y semiconductor cristalino (sílice) que, al recibir un impulso eléctrico, puede transmitirlo o no a un material conductor. Las técnicas de cristalización han permitido reducirlos a tamaños tan insospechados que la limitación consiste en conseguir reducir al mismo tamaño sus conexiones.

29. AMBIENTES PETROGENÉTICOS Los minerales son sustancias naturales, de composición química definida dentro de unos límites y que presentan estado cristalino. Las rocas son agregados naturales de uno o más minerales. Los ambientes petrogenéticos (ambientes que dan lugar a la formación de rocas) se clasifican en tres grandes grupos: Ambiente Magmático : determinado por la existencia de material fundido (magma) en el interior de la tierra. La aparición de minerales y de las rocas que forman, viene dada por un proceso de solidificación del magma al llegar a zonas de menor temperatura, originando las rocas magmáticas Ambiente Metamórfico : determinado por el cambio de condiciones (presión temperatura o composición ) en el que tuvo lugar la génesis de una roca preexsistente. Este cambio de condiciones favorece la recristalización de minerales, o la neoformación (cristalización de otros nuevos), en un proceso denominado metamorfismo . Así, a partir de una roca original obtenemos una roca metamórfica. En casos extremos se puede producir la fusión o anatexia de las rocas originándose un magma. Ambiente Sedimentario : La actuación de los agentes geológicos externos tiene como consecuencia la aparición de gran cantidad de sedimentos, ya sea por deposición (rocas detríticas por ejemplo) o por precipitación de sales disueltas en el agua. También intervienen los seres vivos, bien como organismos capaces de precipitar sales en sus estructuras y que pueden acumularse tras su muerte (arrecifes de coral, sílex, fosfatos, etc.), o bien por acumulación de sus restos orgánicos. Los sedimentos, con el enterramiento, sufren un proceso de diagénesis que culmina con la formación de las rocas sedimentarias.

30. CICLO DE LAS ROCAS