Fundamentos de Cristalografía y Mineralogía: Estructura, Propiedades y Defectos de los Sólidos Geológicos

El Estado Sólido: Fundamentos de la Litosfera

La litosfera está constituida por rocas, y estas se componen de minerales que son, en su mayoría, sólidos cristalinos. El estado sólido se caracteriza por la fuerte unión entre sus partículas constituyentes, que ocupan posiciones más o menos fijas. Si están geométricamente ordenadas, hablamos de materia cristalina. Si están desordenadas, hablamos de materia amorfa.

Estructura Interna de la Materia Cristalina: Cristales

Un cristal es una porción de materia cristalina limitada exteriormente por caras planas, aristas y vértices. También se define como "cualquier sólido con estructura interna ordenada". Pueden ser de origen natural o artificial y de composición inorgánica u orgánica. Los cristales visibles al ojo humano se llaman fenocristales. Los cristales solo visibles a microscopio se denominan microcristales.

Teoría Reticular y Redes Cristalinas

Establecidos los ejes de coordenadas, su origen se hace coincidir con un nudo de la red y, a partir de él, se define un poliedro cuyas aristas son los ejes cristalográficos y los vértices de cada arista coinciden con dos nudos consecutivos. Este poliedro se denomina celdilla unidad. Una red cristalina puede considerarse como el apilamiento de millones de celdillas elementales. En la naturaleza solo existen 14 tipos distintos de celdillas elementales: las celdillas de Bravais.

Propiedades Fundamentales de la Materia Cristalina

Homogeneidad

El valor de una medida en una porción de un cristal se mantiene en cualquier porción de él.

Anisotropía

Es una característica según la cual determinadas propiedades de un cristal dependen de la orientación que se considere. Estructuralmente, la distancia entre los nudos vecinos de una red cristalina no es constante y depende de la dirección. De ahí que, dependiendo de la dirección, varíen las propiedades del cristal.

Simetría

Los elementos morfológicos que forman el cristal se repiten según unos ejes y planos imaginarios, denominados elementos de simetría. Se dice que dos figuras son simétricas entre sí cuando ambas se pueden hacer coincidir. Para realizar las coincidencias se utilizan las denominadas operaciones de simetría, que son: reflexión, rotación o giro, e inversión.

Elementos de Simetría de un Cristal

• Centro de Simetría: Punto ideal situado en el interior del cristal, que divide los ejes cristalográficos que pasan por él en dos partes iguales. Al girar el cristal 360 grados sobre este centro, se puede observar el mismo aspecto un número de veces (2, 3, 4 o 6).
• Plano de Simetría: Plano ideal que divide el cristal en dos partes iguales y simétricas.

Defectos Cristalinos: Imperfecciones en la Red

La cristalización nunca es perfecta. Como en cualquier proceso natural, se producen imperfecciones en el crecimiento. Estas imperfecciones reciben el nombre de defectos cristalinos.

• Vacancias: Se producen por la ausencia en la red de un elemento y pueden desplazarse libremente a lo largo de la red.
• Átomos Intersticiales: Inclusión en la red de un átomo fuera de las posiciones reticulares. La formación de una vacante favorece la aparición de un átomo intersticial.
• Sustituciones: Entrada en la red de un átomo diferente, pero de similar radio iónico que el que la compone. Pueden dar lugar a la aparición de series isomorfas.
• Dislocaciones: Aparición de nuevas filas de elementos cuando en el plano anterior no existían.
• Destrucciones Locales: Alteraciones de la red debido a las inclusiones de elementos radiactivos que se han desintegrado.

Minerales: Conceptos Esenciales en Mineralogía

Definición de Mineral

Un mineral es una sustancia sólida, inorgánica, natural, homogénea, de composición química y estructura interna definidas, y estable dentro de unos determinados límites de presión y temperatura.

Polimorfismo

Una misma sustancia puede cristalizar bajo distintas condiciones de presión y temperatura. A mayor temperatura y menor presión, aparecerán estructuras más abiertas; y a menor temperatura y mayor presión, las estructuras resultantes serán más compactas.