Cristobalita - Cristobalite
| Cristobalita | |
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 Esferas de cristobalita formadas por desvitrificación de la matriz de obsidiana (California, EE. UU.) 5,9 × 3,8 × 3,8 cm
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| General | |
| Categoría | Mineral de óxido , grupo de cuarzo |
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Fórmula (unidad de repetición) |
SiO 2 |
| Clasificación de Strunz | 4.DA.15 |
| Clasificación de Dana | 75.1.1.1 |
| Sistema de cristal | Tetragonal |
| Clase de cristal | Trapezoédrico (422) |
| Grupo espacial | P 4 1 2 1 2, P 4 3 2 1 2 |
| Celda unitaria |
a = 4,9709 (1) Å, c = 6,9278 (2) Å; Z = 4 (α politipo) |
| Estructura | |
| Jmol (3D) | Imagen interactiva |
| Identificación | |
| Color | Incoloro, blanco |
| Hábito de cristal | Octaedros o esferulitas de hasta varios cm de tamaño |
| Hermanamiento | el {111} |
| Fractura | Concoidal |
| Tenacidad | Frágil |
| Escala de Mohs de dureza | 6–7 |
| Lustre | Vítreo |
| Racha | blanco |
| Diafanidad | Transparente |
| Gravedad específica | 2.32–2.36 |
| Propiedades ópticas | Uniaxial (-) |
| Índice de refracción |
n ω = 1,487 n ε = 1,484 |
| Birrefringencia | 0,003 |
| Pleocroísmo | Ninguno |
| Punto de fusion | 1713 ° C (β) |
| Referencias | |
La cristobalita es un polimorfo mineral de sílice que se forma a temperaturas muy altas. Se utiliza en odontología como componente de materiales de impresión de alginato , así como para hacer modelos de dientes.
Tiene la misma fórmula química que el cuarzo , SiO 2 , pero una estructura cristalina distinta. Tanto el cuarzo como la cristobalita son polimorfos con todos los miembros del grupo del cuarzo, que también incluye coesita , tridimita y estishovita . La cristobalita se encuentra en forma de octaedros blancos o esferulitas en rocas volcánicas ácidas y en depósitos de diatomeas convertidos en la Formación Monterey del estado estadounidense de California y áreas similares. La cristobalita es estable solo por encima de 1470 ° C, pero puede cristalizar y persistir de manera metaestable a temperaturas más bajas. Lleva el nombre del Cerro San Cristóbal en el municipio de Pachuca , Hidalgo , México .
La persistencia de cristobalita fuera de su rango de estabilidad termodinámica ocurre porque la transición de cristobalita a cuarzo o tridimita es "reconstructiva", requiriendo romper y reformar la estructura de sílice . Estos marcos están compuestos de tetraedros de Si O 4 en los que cada átomo de oxígeno se comparte con un tetraedro vecino, de modo que la fórmula química de la sílice es Si O 2 . La ruptura de estos enlaces, necesarios para convertir la cristobalita en tridimita y cuarzo, requiere una energía de activación considerable y puede que no ocurra en un marco de tiempo humano a temperatura ambiente. Los silicatos de estructura también se conocen como tectosilicatos .
Hay más de una forma del marco cristobalita. A altas temperaturas, la estructura se llama β-cristobalita. Está en el sistema de cristal cúbico , grupo espacial Fd 3 m (No. 227, símbolo de Pearson cF104 ). Tiene la estructura de diamante pero con tetraedros enlazados de silicio y oxígeno donde los átomos de carbono están en el diamante. Una forma tetragonal quiral llamada α-cristobalita (grupo espacial ya sea P4 1 2 1 2, No. 92, o P4 3 2 1 2, No. 96, al azar) ocurre al enfriar por debajo de aproximadamente 250 ° C a presión ambiente y está relacionada a la forma cúbica por inclinación estática de los tetraedros de sílice en la estructura. Esta transición se denomina de forma diversa baja-alta o transición. Puede denominarse "desplazante"; es decir, generalmente no es posible evitar que la forma β cúbica se vuelva tetragonal mediante un enfriamiento rápido. En raras circunstancias, la forma cúbica puede conservarse si el grano del cristal se fija en una matriz que no permita la considerable tensión espontánea que está involucrada en la transición, lo que provoca un cambio en la forma del cristal. Esta transición es muy discontinua. Pasar de la forma α a la forma β provoca un aumento de volumen del 3 o 4 por ciento. La temperatura de transición exacta depende de la cristalinidad de la muestra de cristobalita, que a su vez depende de factores como cuánto tiempo ha sido recocido a una temperatura particular.
La fase β cúbica consta de tetraedros de sílice dinámicamente desordenados. Los tetraedros permanecen bastante regulares y se desplazan de sus orientaciones estáticas ideales debido a la acción de una clase de fonones de baja frecuencia llamados modos unitarios rígidos . Es la "congelación" de uno de estos modos unitarios rígidos que es el modo suave para la transición α-β.
En la β-cristobalita, hay hélices de tetraedros (o átomos de silicio) para diestros y zurdos paralelas a los tres ejes. Pero en la transición de fase α-β, solo se conserva la hélice derecha o izquierda en una dirección (la otra se convierte en un eje de tornillo doble), por lo que solo uno de los tres ejes cristalográficos cúbicos degenerados retiene un eje cuádruple eje de rotación (en realidad, un eje de tornillo ) en forma tetragonal. (Ese eje se convierte en el eje "c", y los nuevos ejes "a" se rotan 45 ° en comparación con los otros dos ejes antiguos. El nuevo parámetro de celosía "a" es más corto en aproximadamente la raíz cuadrada de 2, por lo que la unidad α la celda contiene solo 4 átomos de silicio en lugar de 8.) La elección del eje es arbitraria, por lo que se pueden formar varios gemelos dentro del mismo grano. Estas diferentes orientaciones gemelas unidas a la naturaleza discontinua de la transición (volumen y ligero cambio de forma) pueden causar daños mecánicos considerables a los materiales en los que está presente cristobalita y que pasan repetidamente por la temperatura de transición, como los ladrillos refractarios.
Cuando se desvitrifica la sílice, la cristobalita suele ser la primera fase en formarse, incluso cuando está fuera de su rango de estabilidad termodinámica. Este es un ejemplo de la regla de pasos de Ostwald . La naturaleza dinámicamente desordenada de la fase β es en parte responsable de la baja entalpía de fusión de la sílice.
Las esferas de escala micrométrica que componen el precioso ópalo exhiben algunos patrones de difracción de rayos X que son similares a los de la cristobalita, pero carecen de un orden de largo alcance, por lo que no se consideran verdaderas cristobalita. Además, la presencia de agua estructural en el ópalo hace que sea dudoso que el ópalo consista en cristobalita.
Un modelo idealizado de β-cristobalita, que muestra tetraedros de Si O 4 unidos a las esquinas . Hay un eje de cuatro tornillos para diestros en el centro de la mitad de los cuadrados blancos y uno para zurdos en el centro de los demás. En esta proyección vemos planos de deslizamiento paralelos a los ejes y espejos en las diagonales. En realidad, los tetraedros se tambalean constantemente.
β-cristobalita vista a lo largo de la dirección 101.
El armazón arrugado de α-cristobalita, relacionado con la forma β por inclinación estática de los tetraedros. Esta vista corresponde a la vista a lo largo de la dirección 101 de la ilustración anterior, excepto que el eje "b" de esa imagen ahora es horizontal. Los ejes de tornillo de dos pliegues aparecen aquí como ejes de rotación de dos pliegues que atraviesan el medio de las áreas blancas y entre los pares de átomos de oxígeno casi superpuestos.
Celda unitaria de α-cristobalita; las esferas rojas son átomos de oxígeno. Vemos aquí cinco átomos de silicio en una hélice (el primero y el último son átomos equivalentes en la red) yendo en la dirección "c" (hacia la página). Los ejes horizontal y vertical son los ejes "a".
Celda unitaria de β-cristobalita; las esferas rojas son átomos de oxígeno.
Referencias
Otras lecturas
- Diccionario de términos geológicos del Instituto Geológico Americano .
- Durham, DL, "Formación Monterey: Diagénesis". en: Uranio en la Formación Monterey de California . Boletín del Servicio Geológico de los Estados Unidos 1581-A, 1987.
- Reseñas en Mineralogía y Geoquímica , vol. 29., Sílice: comportamiento, geoquímica y aplicaciones físicas . Sociedad Mineralógica de América, 1994.
- RB Sosman, Las fases de la sílice . (Prensa de la Universidad de Rutgers, 1965)