Concepto y Definición General
La geología se ocupa, en primer lugar, de la composición de la corteza terrestre, formada por minerales y rocas. El estudio de los minerales se denomina mineralogía, mientras que el estudio de las rocas es la petrología. Al estudiar los minerales, lo primero que se observa es que, ordinariamente, están cristalizados. El estudio de los cristales forma una rama de la mineralogía llamada cristalografía.
La cristalografía es una parte de la mineralogía que estudia la estructura íntima de la materia, su forma exterior y sus propiedades físicas y químicas. De ahí que comprenda tres partes: la cristalografía geométrica, la cristalografía física y la cristaloquímica.
La Estructura Íntima de la Materia Mineral
La materia mineral sólida está constituida por iones, átomos y moléculas. Según cómo estén ordenados estos iones, átomos o moléculas, tenemos tres tipos de materia mineral:
- Estructura cristalina: donde los iones, átomos y moléculas están ordenados en el interior, pero desordenados en el exterior.
- Estructura cristalizada: donde los iones, átomos y moléculas están ordenados en el interior y en el exterior.
- Estructura amorfa: donde los iones, átomos y moléculas no están ordenados ni en el interior ni en el exterior.
Definiciones
- Cristal: es una porción de materia mineral cristalizada que, de manera natural, presenta una forma geométrica, que siempre es un poliedro.
- Celda unidad: es cada uno de los poliedros que se repiten en una red espacial. La celda unidad está determinada por las constantes cristalográficas.
- Red espacial: es el conjunto de todos los poliedros que se repiten.
- Constantes cristalográficas: son la longitud de las aristas (a, b, c) y el valor de los ángulos (α, β, γ).
- Ejes de simetría: son líneas imaginarias que van de centro de cara a centro de cara opuesta, de mitad de arista a mitad de arista opuesta, o bien, de vértice a vértice opuesto, de tal manera que al girar el cristal 360° por ese eje, pueden coincidir 2, 3, 4 o 6 posiciones iguales.
- Si coinciden 2 posiciones: eje binario (eII)
- Si coinciden 3 posiciones: eje ternario (eIII)
- Si coinciden 4 posiciones: eje cuaternario (eIV)
- Si coinciden 6 posiciones: eje senario (eVI)
- Ejes cristalográficos: son tres ejes imaginarios que sirven para fijar la posición de las caras de un cristal. Son tres vectores que coinciden con las aristas del poliedro y que se llaman x(a), y(b), z(c).
Los Cristales y su Formación
Un cristal es una porción de materia cristalizada que, de manera natural, presenta una forma geométrica, que siempre es un poliedro. Se forman por: solidificación, sublimación, saturación o evaporación, y reacciones químicas.
Métodos de Investigación de la Materia Mineral
La clave para saber cómo están colocados los iones, átomos y moléculas en una estructura cristalina la dio una radiografía que se llamó «Laüegrama». Al analizar este Laüegrama, se observó que los iones, átomos y moléculas estaban colocados en los nodos o vértices de unos poliedros que se repetían. A cada uno de esos poliedros se les llamó celda unidad, y al conjunto de todos los poliedros se le llamó red espacial de Bravais. En 1912, el físico alemán Laue hizo pasar haces de rayos X a través de cuerpos cristalizados. Esta radiografía, llamada Laüegrafía, permitió conocer la estructura de la materia mineral.
Redes Espaciales y Celdas Unidad
La celda unidad queda determinada por la longitud de sus aristas (a, b, c) y por el valor de sus ángulos: (a+b) = α, (b+c) = β, (c+a) = γ. Existen siete tipos de celda unidad simple. Por eso, todos los cristales posibles se reúnen en siete grupos o sistemas, llamados sistemas cristalinos.
Elementos Morfológicos del Cristal
Teniendo en cuenta la estructura de un cristal:
- Las caras siempre son planas.
- Las aristas siempre son líneas.
- Los vértices siempre son puntos.
Concepto de Cristal
Que un cristal tenga simetría quiere decir que sus elementos morfológicos (caras, aristas y vértices) ocupan posiciones idénticas con respecto a un punto, un eje o un plano.
Elementos de Simetría de los Cristales
Son: el centro de simetría, los ejes de simetría y los planos de simetría.
- Centro de simetría: es un punto interior del cristal que lo divide en dos partes iguales.
- Ejes de simetría: son líneas imaginarias que van del centro de cara a centro de cara opuesta, de mitad de arista a mitad de arista opuesta, o bien, de vértice a vértice opuesto, de tal manera que al girar el cristal 360° por ese eje, pueden coincidir 2, 3, 4 o 6 posiciones iguales. Si coinciden 2 posiciones, se llama binario (eII); si coinciden 3, se llama ternario (eIII); si coinciden 4, se llama cuaternario (eIV); si coinciden 6, se llama senario (eVI).
Relación entre las Formas Cristalinas (Modificación de los Cristales)
Se admiten tres clases de modificaciones:
- Truncamiento: es la sustitución de una arista o de un vértice por una cara.
- Biselamiento: es la sustitución de una arista por dos caras.
- Apuntamiento: es la sustitución de un vértice por tres o más caras.
Sistemas Cristalinos
Son los grupos que se hacen con todas las clases de simetrías posibles en los cristales. Son siete:
- Sistema regular o cúbico
- Sistema hexagonal
- Sistema tetragonal
- Sistema trigonal o romboédrico
- Sistema rómbico u ortorrómbico
- Sistema monoclínico
- Sistema triclínico
Cada sistema queda determinado por:
- Su tipo de celda unidad, caracterizada por sus constantes cristalográficas.
- Sus elementos de simetría.
- Sus formas llamadas:
- Holoedro: cristal que tiene todos los elementos de simetría del sistema al que pertenece.
- Meroedro: cristal que no tiene todos los elementos de simetría del sistema al que pertenece.
Sistemas Cristalinos (Características)
Sistema regular o cúbico: su celda unidad fundamental es un cubo con un nudo en cada vértice. Se caracteriza por:
- Sus tres aristas iguales: a = b = c
- Sus tres ángulos rectos: α = β = γ = 90°
Sistema hexagonal: su celda unidad fundamental es el prisma hexagonal recto de bases centradas. Se caracteriza por:
- Tener el parámetro c mayor que los otros: a = b ≠ c
- Los ángulos son: α = β = 90°; γ = 120°
Sistema tetragonal: la celda unidad es el prisma recto de base cuadrada con un nudo en cada vértice. Se caracteriza por:
- Tener la arista c (altura) mayor que las aristas a y b (a = b ≠ c)
- Ser sus tres ángulos rectos: α = β = γ = 90°
Asociaciones Cristalinas
Con frecuencia, los cristales se encuentran agrupados, formando las siguientes asociaciones:
- Asociaciones irregulares de cristales: los cristales están reunidos sin ningún orden, forman:
- Drusas: reunión de cristales sobre una superficie plana o convexa.
- Geodas: asociación de cristales en una cavidad. Son frecuentes en el cuarzo.
- Dendritas: son agrupaciones de cristales microscópicos en forma arborescente; son típicas en la pirolusita.
- Maclas: son asociaciones de dos o más cristales de la misma especie con un eje o un plano de simetría.
Propiedades de los Minerales Relacionadas con la Estructura
- Elasticidad: es la propiedad que tienen algunos minerales de recobrar su forma primitiva al cesar la fuerza que los deformaba.
- Dureza: es la resistencia que oponen los minerales a ser rayados. Se mide con la escala de Mohs, compuesta de 10 minerales:
- Talco (1) – se raya con la uña
- Yeso (2) – se raya con la uña
- Calcita (3) – se raya con una navaja
- Fluorita (4) – se raya con una navaja
- Apatito (5) – se raya con una navaja
- Ortosa (6) – se raya con dificultad con una navaja
- Cuarzo (7) – raya el vidrio
- Topacio (8) – raya el cuarzo
- Corindón (9) – raya el topacio
- Diamante (10) – raya todos los demás
- Exfoliación y fractura: la exfoliación es la propiedad que tienen algunos minerales de dejarse separar fácilmente en láminas (mica). La fractura es cuando la cohesión es la misma en todas las direcciones, el mineral se rompe sin forma determinada. La superficie de ruptura puede ser concoidea (pedernal), astillosa (asbesto), o sacaroidea (azúcar).
Propiedades Ópticas de los Minerales
Color: resulta de las radiaciones luminosas que refleja el mineral. El color de un mineral no depende de las radiaciones luminosas que absorbe, sino de las que refleja.
Brillo: es el aspecto que presenta la superficie de un mineral. Puede ser graso (mineral que parece no tener brillo), metálico, vítreo, etc.
Refracción
La refracción es una propiedad física que consiste en que un rayo incidente, al atravesar un cristal, se desvía, dando lugar a un rayo refractado. Los cristales que sufren refracción sencilla (un rayo incidente produce un solo rayo refractado) se llaman monorrefringentes, y los que sufren refracción doble (un rayo incidente produce dos rayos refractados) se llaman birrefringentes. Los cristales birrefringentes pueden ser uniaxiales (monorrefringentes en una sola dirección) o biaxiales (monorrefringentes en dos únicas direcciones).