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ESTRUCTURA CRISTALINA DE LOS MATERIALES UNIVERSIDAD PRIVADA JUAN MEJÍA BACA Profesor: Ing. Alberto Carrasco Tineo.

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1 ESTRUCTURA CRISTALINA DE LOS MATERIALES UNIVERSIDAD PRIVADA JUAN MEJÍA BACA Profesor: Ing. Alberto Carrasco Tineo

2 2 Los sólidos tienen una importancia crucial en la ciencia y la técnica debido al auge que ha tenido últimamente el área conocida como nuevos materiales.

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7 Estructuras Cerámicas Cristalinas.- Estructuras Iónicas: Estable Inestable

8 Cloruro de cesio.- CsCl: igual número de cationes que de aniones Red Cúbica Simple; Relación de radios : 0,94 NC: 8 Radio Cs + = 0,170 nm Radio Cl - = 0,181 nm

9 Fluorita o Fluoruro de calcio.- Fórmula química CaF 2 Red FCC de cationes Ca 2+ con los aniones F - ocupando los intersticios tetraédricos Cuatro Ca Ocho F - -8

10 Estructura de la sílice cristalina (a) y de la sílice amorfa (b). Sólidos amorfos.- Polímero amorfo.

11 POLÍMEROS CRISTALINOS Y AMORFOS En el caso de los polímeros, las cadenas son muy largas y fácilmente se enmarañan y a demás, en el estado fundido se mueven en un medio muy viscoso, así que no puede esperarse en ellos un orden tan perfecto, pero de todas maneras, algunos polímeros exhiben ordenamiento parcial en regiones llamadas cristalitos. Se distinguen regiones de dos clases: las cristalinas, en la que las cadenas dobladas varias veces en zigzag están alineadas formando las agrupaciones llamadas cristalitos; y otras regiones amorfas, en la que las cadenas se enmarañan en un completo desorden.

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13 Los Minerales. Pseudomalaquita

14 Mineral: Se define como sustancia homogénea de uno o más elementos formados mediante procesos inorgánicos naturales. Se clasifican en: a) Minerales Nativos: aparecen sin combinarse con átomos diferentes de otros elementos. Ejemplo: Oro, Plata, Azufre, Grafito y Diamante (C) (Mineral Primario). b) Minerales Secundarios: son minerales primarios que pueden sufrir alteraciones químicas por lo cual se transforma gradualmente en otro. Ejemplo: Galena (PbS), que se oxida en el ambiente y puede transformarse en Anglesita (PbSO 4 ) y Cerusita (PbCO 3 ). Cuarzo

15 Estructura cristalina: Los átomos o iones se ordenan en el espacio para formar una estructura regular repetida con ángulos bien definidos en los vértices donde se unen las caras llamados sólidos cristalinos. Los que no tienen estructura cristalina sino que sus átomos están distribuidos desordenadamente, se denominan sólidos amorfos (vidrio).

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17 ¿Cuáles son las características del mineral y del cristal, cuáles son las diferencias entre ellos? Un mineral es un conjunto (natural formado) de elementos químicos. Generalmente los elementos Si, Al, K, Na, Fe, Ca, Mg, Cl, O, (entre otros) forman el mineral. Los nombres de los minerales dependen de su formula y de su estructura atómica. Un conjunto de minerales se llama roca. El nombre de la roca depende de su génesis y del contenido en minerales. Algunas rocas son monominerálico, es decir principalmente contienen un mineral (como la caliza a la calcita).

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19 Propiedades físicas de los minerales Morfología Se distingue la combinación de las caras del mineral/cristal y el hábito del mineral/cristal. Combinación de las caras La combinación de las caras del cristal significa el conjunto de todas las caras del cristal o bien la forma cristalina, la cual depende de la simetría del cristal. P.e. la galenita PbS y la halita NaCl, que pertenecen al sistema cúbico pueden cristalizar como cubos, además la galenita puede cristalizar en una combinación de cubo y octaedro, granate cristaliza en la forma romboédrica, en la forma isotetraédrica o en una combinación de dichas dos formas.

20 PROPIEDADES. FORMA Cúbico halita, galena, pirita, fluorita, silvina, Romboédrico calcita, dolomita,.. Octaédrico fluorita, pirita, diamante, metales nativos,.. Trigonal columnar turmalina, calcita, cuarzo, Rombododecaédrico granate

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22 Las caras de un cristal (habito) Cuando los cristales crecen sin interferencias, adoptan formas relacionadas con su estructura interna. El hábito se refiere a las proporciones de las caras de un cristal. Existen varias formas del hábito: Columnar: alargado en una dirección y semejante a las columnas. Ejemplo: cristales de corindón. Prismático: alargado en una dirección. Ejemplo: cristales de andalucita. Tabular: alargado en dos direcciones. Ejemplo: cristales de barita. Laminar: alargado en una dirección y con bordes finos. Ejemplo: cristales de hornblenda.

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24 Hojoso: similar a las hojas, que fácilmente se separa en hojas. Ejemplo: moscovita. Botroidal: grupo de masas globulares, por ejemplo grupo de masas esferoidales de malaquita. Reniforme: fibras radiadas, que terminan en superficies redondeadas. Ejemplo: hematita. Granular: formado por un agregado de granos. Masivo: compacta, irregular, sin ningún hábito sobresaliente.

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26 CALCOPIRITA, MAGNETITA OLIVINO Y GRANATE (ALMANDINO), FUENTE DE EXTRACCIÓN DEL HIERRO CALCOPIRITA, MAGNETITA OLIVINO Y GRANATE (ALMANDINO), FUENTE DE EXTRACCIÓN DEL HIERRO MINERAL Y MENA COMUN DEL HIERRO, SE CARACTERIZA POR TENER GRANDES CUALIDADES MAGNETICAS, GENERALMENTE ES DE COLOR HIERRO Y OPACA MINERAL Y MENA COMUN DEL HIERRO, SE CARACTERIZA POR TENER GRANDES CUALIDADES MAGNETICAS, GENERALMENTE ES DE COLOR HIERRO Y OPACA

27 HIERO EN ESTADO NATURAL COMPUESTO DE MAGNETITA Y OLIGISTO HIERO EN ESTADO NATURAL COMPUESTO DE MAGNETITA Y OLIGISTO ES UN ELEMENTO METÁLICO, MAGNÉTICO, MALEABLE. ES UN ELEMENTO METÁLICO, MAGNÉTICO, MALEABLE.

28 Oro Formula: Au Dureza: 2,5 - 3 Peso específico: 15,5 - 19,3 Color: amarillo, dorado Color de la raya: Brillo: metálico Cristales: Fracturamiento: Sistema cristalino: Origen: hidrotermal Cobre Formula: Cu Dureza: 2,5 - 3 Peso específico: 8,5 - 8, 9 Color: rojo de cobre, tal vez verde Color de la raya: rojo metálico Brillo: metálico Cristales: cubos Fracturamiento: Sistema cristalino: cúbico Origen: hidrotermal, sedimentario Azufre Formula: α S Dureza: < 2 Peso específico: 2,0 - 2,1 Color: amarillo Color de la raya: blanca Brillo: diamantino Cristales: piramidal Fracturamiento: bien, concoide Sistema cristalino: romboédrico Origen: volcánico

29 Sulfuros incluido compuestos de selenio (Selenide), arsenurios (Arsenide), telururos (Telluride), antimoniuros (Antimonide) y compuestos de bismuto (Bismutide). Los sulfuros se distinguen con base en su proporción metal:azufre según el proposito de STRUNZ (1957, 1978). Ejemplos son galena PbS, esfalerita ZnS, pirita FeS 2, calcopirita CuFeS 2, argentita Ag 2 S, Löllingit FeAs 2.

30 Calcopirita Blenda Galena Niquelina

31 Haluros Los aniones característicos son los halógenos F, Cl, Br, J, los cuales están combinados con cationes relativamente grandes de poca valencia, p.e. halita NaCl, silvinita KCl, fluorita CaF2.halita NaClsilvinita KCl

32 Formula: NaCl Dureza: 2 Peso específico: 2,1 -2,2 Color: blanco, transparente, rosado Color de la raya: blanco Brillo: vítreo Cristales: cúbico Fracturamiento: perfecto Sistema cristalino: cúbico sabor de al Origen: sedimentario Minerales parecidos: Silvinita

33 Óxidos y Hidróxidos Los oxidos son compuestos de metales con oxígeno como anión, p.e. cuprita Cu 2 O, corindón Al 2 O 3, hematita Fe 2 O 3, cuarzo SiO 2, rutilo TiO 2, magnetita Fe 3 O 4. Los hidroxidos están caracterizados por iones de hidroxido (OH-) o moleculas de H 2 O-, p.e. limonita FeOOH: goethita *-FeOOH, lepidocrocita *-FeOOH.

34 Formula: SiO2 Dureza: 7 Peso específico: 2,65 Color: transparente, blanco, diferentes Color de la raya: blanco Brillo: vítreo, oleoso, Cristales: columnar, piramidal Fracturamiento: concoide Sistema cristalino: hexagonal, trigonal Origen: hidrotermal, ígnea, sedimentario Minerales parecidos: Cordillerita, Berilo, Topas

35 Formula: Fe3O4 Magnetita Dureza: 5,5- 6 Peso específico: 4,9 - 5,2 Color: negro, azul oscuro Color de la raya: negro - gris, café Brillo: semimetálico Cristales: octaedos Fracturamiento: concoide Sistema cristalino: cúbico Origen: hidrotermal, magmático Minerales parecidos: Cromita, Ilmenita Formula: MnO2 Pirolusita Dureza: Peso específico: 4,7 - 5,0 Color: negro - gris oscuro Color de la raya: negro Brillo: semi-metálico Cristales: aguja Fracturamiento: irregular Sistema cristalino: rhombico Origen: hidrotermal, sedimentario > común: forma dendrítica Minerales parecidos: Manganita

36 Carbonatos El anión es el radical carbonato (CO 3 ) 2 -, p.e. calcita CaCO 3, dolomita CaMg(CO 3 ) 2, malaquita Cu 2 [(OH) 2 /CO 3 ].

37 Formula: CaCO3 Calcita Dureza: 3 Peso específico: 2,6-2,8 Color: transparente, blanco, otros Color de la raya: blanco Brillo: vidrio Cristales: trigonal Fracturamiento: muy bien en tres direcciones Origen: vetas, hidrotermal, sedimentario -reacción fuerte con ácido clorhídrico Azurita Formula: Cu3[(OH/CO3]2 Dureza: 3,5 - 4 Peso específico: 3,7 - 3,9 Color: azul-claro Color de la raya: azul claro Brillo: vítreo Cristales: tabular, columnar Fracturamiento: perfecto Sistema cristalino: monoclínico Origen: hidrotermal, sedimentario Formula: CaCO3 Aragonito Dureza: 2,9-3 Peso específico: 3,5 - 4 Color: blanco (amarillo claro) Color de la raya: blanco Brillo: vítreo Cristales: columnar, aguja, tabular Fracturamiento: irregular, concoide Sistema cristalino: romboédrico Origen: hidrotermal, sedimentario Estalactitas son de Aragonito Minerales parecidos: Calcita, Estroncianita, Baritina

38 Sulfatos, Wolframatos, Molibdatos y Cromatos En los sulfatos el anión es el grupo (SO 4 ) 2 - en el cual el azufre tiene una valencia 6 +, p.e. en la barita BaSO 4, en el yeso CaSO 4 *2H 2 O. En los wolframatos el anión es el grupo wolframato (WO 4 ) 4 -, p.e. scheelita o bien esquilita CaWO 4.

39 Formula: Ca[SO4] x 2 H2O Yeso Dureza: 1,5 - 2 Peso específico: 2,3 -2,4 Color: blanco Color de la raya: blanca Brillo: vítreoso Cristales: columnar, agujas Fracturamiento: Sistema cristalino: monoclínico Origen: hidrotermal, sedimentario Minerales parecidos: anhidrita, Caolinita Chalcantita Formula: Cu [SO4] x 5 H2O Dureza: 2,1 Peso específico: 2,1 - 2, 3 Color: azul Color de la raya: blanca Brillo: vítreo, translucido Cristales: laminar Fracturamiento: irregular Sistema cristalino: triclínico Origen: hidrotermal, vetas

40 Fosfatos, Arseniatos y Vanadatos En los fosfatos el complejo aniónico (PO 4 ) 3 - es el complejo principal, como en el apatito Ca5[(F, Cl, OH)/PO 4 ) 3 ]los arseniatos contienen (AsO 4 ) 3 - y los vanadatos contienen (VO 4 ) 3 - como complejo aniónico.

41 Silicatos Es el grupo más abundante de los minerales formadores de rocas donde el anión está formado por grupos silicatos del tipo (SiO 4 ) 4 -.

42 La estructura de los silicatos Más del 90% de los minerales que forman las rocas son silicatos, compuestos de silicio y oxígeno y uno o más iones metálicos. Los principios estructurales de los silicatos son los siguientes: a) Cada uno de los silicatos tiene como compuesto básico un ion complejo de forma tetraédrica. Este tetraedro consiste en una combinación de un ion de silicio con un radio de 0.42Å, rodeado por 4 iones de oxígeno con un radio de 1.32Å tan estrechamente como es posible geométricamente. Los iones de oxígeno se encuentran en las esquinas del tetraedro y aportan al tetraedro una carga eléctrica de -8 y el ion de silicio contribuye con +4. Así, el tetraedro puede considerarse como un anion complejo con una carga neta de -4. Su símbolo es [SiO 4 ] 4 -. Se lo conoce como anión silicato.

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44 Feldespato Potásico. (Ortoclasa: KAlSi 3 O 8 ) Dureza: 6. G: 2,6. Brillo: Vítreo, transparente a translúcido. Color: Rosado, blanco amarillo. Clivaje: En 2 direcciones que se cortan a 90º. Fractura: concoidal, cuando no se parte según planos de clivaje. Maclas: frecuentemente en cristales bien formados. Nota: Se altera con facilidad, especialmente en presencia de aguas carbonatadas y origina minerales de arcilla tipo caolín.

45 Feldespato Plagioclasa. (Albita: NaAlSi 3 O 8 ) (Anortita: CaAl 2 Si 2 O 8 ) Dureza: 6 a 6,5. G: 2,6 a 2,8. Brillo: Vítreo. Color: Blanco, gris anaranjado. Clivaje: en dos direcciones que se cortan a 86º. Maclas: Muy comunes del tipo polisintéticas. Nota: Un plano de exfoliación basal en un mineral de plagioclasa aparece normalmente cruzado`por bandas o estrías paralelas que constituyen una de las mejores pruebas de que el mineral pertenece a la serie de las plagioclasas. Se alteran a minerales de arcilla.

46 MICAS Biotita (K(Mg,Fe) 3 (AlSi 3 O 10 )(OH) 2 y Muscovita (KAl 2 (AlSi 3 O 10 )(OH) 2 Dureza: 2,5 a 3. G: 2,7 a 3,1. Brillo: reluciente, transparente a ópaco (biotita). Color: verde oscuro a negro (biotita). Clivaje: en una dirección (perfecto). Maclas: No tiene. Nota: La biotita puede reducirse con gran facilidad a placas, muy delgadas flexibles y elásticas y que son paralelas al plano de clivaje. La muscovita presenta Brillo: Vítreo a sedoso, transparente a translúcido. Color: incoloro, en bloques gruesos con tonalidad amarillas, pardas, verdes o rosadas.

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48 Piroxenos Son por lo general de colores verde oscuro a negro. Poseen brillo mate a apagado. Tienen dureza entre 5 y 6. Tienen densidad entre 3,2 a 3,5. Corresponden a silicatos complejos de calcio, magnesio y hierro que aparecen en rocas ígneas, principalmente en rocas básicas tales como gabros y basaltos.

49 Anfíboles Familia de minerales similares a los piroxenos en cuanto a composición, pero generalmente con más iones de hidróxilo (OH). Cristales prismáticos, largos y con 6 caras. Color verde a negro o castaño. Tienen brillo más vítreo que los piroxenos. Dureza variable entre 5 y 6. Poseen densidad entre 3,2 a 3,5. Clivaje imperfecto en 2 direcciones que se cortan en 50º ó 120º aproximadamente.

50 Olivino (Forsterita: Fe 2 (SiO 4 ) (Fayalita: Mg 2 (SiO 4 ) Dureza: 6,5 a 7. G: 3,3 a 3,4. Brillo: Vítreo a lustroso, transparente a translúcido. Color: Verde olivo, café o rojizo. Clivaje: No tiene. Maclas: No tiene. Fractura: Concoidal. Nota: Es un mineral corriente en rocas ígneas básicas a ultrabásicas, y aparece en cristales deformados y aplastados frecuentemente en forma de granos y masas granulares.

51 wolframita Estructura cristalina de WO 3


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