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ESTRUCTURA CRISTALINA DE LOS MATERIALES

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

  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”. 2

  3. 3

  4. 4

  5. Estructuras Cristalinas

  6. Redes Cristalinas.-

  7. Estructuras Cerámicas Cristalinas.- Estructuras Iónicas: Inestable Estable Estable

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

  9. Fluorita o Fluoruro de calcio.- Fórmula química CaF2 Red FCC de cationes Ca2+ con los aniones F- ocupando los intersticios tetraédricos Cuatro Ca2++8 OchoF- -8

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

  12. Los Minerales. Pseudomalaquita

  13. Mineral: Se define como sustancia homogénea de uno o más elementos formados mediante procesos inorgánicos naturales. Se clasifican en: Minerales Nativos: aparecen sin combinarse con átomos diferentes de otros elementos. Ejemplo: Oro, Plata, Azufre, Grafito y Diamante (C) (Mineral Primario). 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 (PbSO4) y Cerusita (PbCO3). Cuarzo

  14. 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).

  15. ¿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).

  16. 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.

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

  18. 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.

  19. 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.

  20. 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 MAGNETITA

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

  22. Cobre Formula: CuDureza: 2,5 - 3Peso específico: 8,5 - 8, 9Color: 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 SDureza: < 2Peso específico: 2,0 - 2,1 Color: amarillo Color de la raya: blanca Brillo: diamantino Cristales: piramidalFracturamiento: bien, concoide Sistema cristalino: romboédricoOrigen: volcánico Oro Formula: AuDureza: 2,5 - 3Peso específico: 15,5 - 19,3Color: amarillo, doradoColor de la raya: Brillo: metálicoCristales: Fracturamiento:Sistema cristalino:Origen: hidrotermal

  23. 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 FeS2, calcopirita CuFeS2, argentita Ag2S, Löllingit FeAs2.

  24. Calcopirita Blenda Niquelina Galena

  25. 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.

  26. Formula: NaClDureza: 2 Peso específico: 2,1 -2,2Color: blanco, transparente, rosado Color de la raya: blanco Brillo: vítreo Cristales: cúbico Fracturamiento: perfectoSistema cristalino: cúbicosabor de alOrigen: sedimentarioMinerales parecidos: Silvinita

  27. Óxidos y Hidróxidos Los oxidos son compuestos de metales con oxígeno como anión, p.e. cuprita Cu2O, corindón Al2O3, hematita Fe2O3, cuarzo SiO2, rutilo TiO2, magnetita Fe3O4. Los hidroxidos están caracterizados por iones de hidroxido (OH-) o moleculas de H2O-, p.e. limonita FeOOH: goethita *-FeOOH, lepidocrocita *-FeOOH.

  28. Formula: SiO2 Dureza: 7Peso específico: 2,65Color: transparente, blanco, diferentesColor de la raya: blancoBrillo: vítreo, oleoso, Cristales: columnar, piramidalFracturamiento: concoideSistema cristalino: hexagonal, trigonalOrigen: hidrotermal, ígnea, sedimentarioMinerales parecidos: Cordillerita, Berilo, Topas

  29. Formula: MnO2Pirolusita Dureza: 2 - 6Peso específico: 4,7 - 5,0Color: negro - gris oscuroColor de la raya: negro Brillo: semi-metálicoCristales: agujaFracturamiento: irregularSistema cristalino: rhombicoOrigen: hidrotermal, sedimentario> común: forma dendrítica Minerales parecidos: Manganita Formula: Fe3O4Magnetita Dureza: 5,5- 6Peso específico: 4,9 - 5,2Color: negro, azul oscuro Color de la raya: negro - gris, café  Brillo: semimetálico Cristales: octaedosFracturamiento: concoideSistema cristalino:  cúbicoOrigen: hidrotermal, magmático  Minerales parecidos:  Cromita, Ilmenita

  30. Carbonatos El anión es el radical carbonato (CO3)2-, p.e. calcita CaCO3, dolomita CaMg(CO3)2, malaquita Cu2[(OH)2/CO3].

  31. Formula: CaCO3 AragonitoDureza: 2,9-3Peso específico: 3,5 - 4Color: blanco (amarillo claro)Color de la raya: blancoBrillo: vítreoCristales: columnar, aguja, tabularFracturamiento: irregular, concoideSistema cristalino: romboédricoOrigen: hidrotermal, sedimentarioEstalactitas son de AragonitoMinerales parecidos: Calcita, Estroncianita, Baritina Formula: CaCO3 CalcitaDureza: 3Peso específico: 2,6-2,8Color: transparente, blanco, otrosColor de la raya: blancoBrillo: vidrioCristales: trigonalFracturamiento: muy bien en tres direccionesOrigen: vetas, hidrotermal, sedimentario-reacción fuerte con ácido clorhídrico Azurita Formula: Cu3[(OH/CO3]2Dureza: 3,5 - 4Peso específico: 3,7 - 3,9Color: azul-claro  Color de la raya: azul claro Brillo: vítreo Cristales: tabular, columnar Fracturamiento: perfecto  Sistema cristalino: monoclínico  Origen: hidrotermal, sedimentario

  32. Sulfatos, Wolframatos, Molibdatos y Cromatos En los sulfatos el anión es el grupo (SO4)2- en el cual el azufre tiene una valencia 6+, p.e. en la barita BaSO4, en el yeso CaSO4*2H2O. En los wolframatos el anión es el grupo wolframato (WO4)4-, p.e. scheelita o bien esquilita CaWO4.

  33. Formula: Ca[SO4] x 2 H2O Yeso Dureza: 1,5 - 2Peso específico: 2,3 -2,4  Color: blancoColor de la raya: blancaBrillo: vítreosoCristales: columnar, agujasFracturamiento:Sistema cristalino: monoclínicoOrigen: hidrotermal, sedimentario Minerales parecidos: anhidrita, Caolinita Chalcantita Formula: Cu [SO4] x 5 H2ODureza: 2,1Peso específico: 2,1 - 2, 3 Color: azul Color de la raya: blanca Brillo: vítreo, translucido Cristales: laminar Fracturamiento: irregularSistema cristalino: triclínicoOrigen: hidrotermal, vetas

  34. Fosfatos, Arseniatos y Vanadatos En los fosfatos el complejo aniónico (PO4)3- es el complejo principal, como en el apatito Ca5[(F, Cl, OH)/PO4)3]los arseniatos contienen (AsO4)3- y los vanadatos contienen (VO4)3- como complejo aniónico.

  35. Silicatos Es el grupo más abundante de los minerales formadores de rocas donde el anión está formado por grupos silicatos del tipo (SiO4)4-.

  36. La estructura de los silicatos Más del 90% de los mineralesque 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 [SiO4]4-. Se lo conoce como anión silicato.

  37. Feldespato Potásico. (Ortoclasa: KAlSi3O8) 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.

  38. Feldespato Plagioclasa. (Albita: NaAlSi3O8) (Anortita: CaAl2Si2O8) 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.

  39. MICAS Biotita (K(Mg,Fe)3(AlSi3O10)(OH)2 y Muscovita (KAl2(AlSi3O10)(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.

  40. 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.

  41. 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.

  42. Olivino (Forsterita: Fe2(SiO4) (Fayalita: Mg2(SiO4) 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.