Composición Elemental + Estruturas (Videocreacións)
Neste apartado inclúense tres vídeos (composición elemental por fluorescencia de raios X, estrutura da ermeloíta e exemplos de estruturas dos sete sistemas cristalinos) e a descrición de dúas estruturas cristalinas utilizadas en docencia de grafito e diamante. Finalmente, descríbese o fenómeno da difracción de raios X aplicada a minerais.
Monica Mura
VÍDEO: XRF COMPOSICIÓN ELEMENTAL, 2023
Videocreación (vídeo 1920 x 1080, codecs h 264 duración 1 min 35 s, audio 2 canais)
Por orde de aparición:
- Fluorita (CaF2). Arteixo. A Coruña. Entrecrecida con tridimita (SiO2), microclina (KAlSi3O8) e cuarzo (SiO2). Código AR: CAR24. Calcio e flúor en azul (fluorita). Potasio e silicio en fucsia (microclina e cuarzo). Silicio en gris (cristal de cuarzo).
- Ilmenita (Fe2+Ti4+O3) sobre hornblenda (Ca2(Mg,Fe,Al)5(Al,Si)8O22(OH)2) e cuarzo (SiO2). Monte Castelo. Val do Dubra. A Coruña. Código AR: CAR38. Combinación de ferro e titanio en azul (ilmenita). Ferro en amarelo (hornblenda e outros minerais).
- Wavellita (Al3(PO4)2(OH)3 · 5H2O) sobre cuarzo (SiO2), biotita (K(Mg,Fe)3AlSi3O10(OH, F)2) e phengita (K(AlMg)₂(OH)₂(SiAl)₄O10). Vilachá do Monte, Tomiño, Pontevedra. Código AR: XIM02. Aluminio en azul claro (wavellita). Combinación de aluminio e fósforo en azul oscuro (wavellita). Silicio e aluminio en gris (cuarzo e micas).
- Hingganita ((Y,REE,Ca)2(M,Fe2+)Be2[SiO4]2(OH)2) sobre pegmatita. Mina Lage Negra, Gondomil, Valença, Portugal. Código AR: CRV96. Calcio, itrio, iterbio, neodimio, erbio, cerio, gadolinio, samario e ferro en diferentes cores (hingganita). Silicio e potasio en negro (cuarzo e feldespatos).
Mostras minerais analizadas: Colección RIAIDT (Área de Infraestruturas de Investigación, USC) por doazón de: Carlos Rodríguez Vázquez (1, 2, 4) e Ximo Company Boronat (3).
Análise fluorescencia de raios X: Oscar Lantes Suárez (Unidade de Arqueometría e de Caracterización de Materiais, USC) e Guillermo Zaragoza Vérez (Unidade de Raios X, USC).
VÍDEO: ERMELOÍTA. ESTRUTURA CRISTALINA, 2023
Videocreación (vídeo 1920 x 1080, codecs h 264 duración 1 min 33 s, audio 2 canais)
Monica Mura
- Estructura Ermeloíta: AlPO4 · H2O. Sistema cristalino monoclínico: : a ≠ b ≠ c / α = γ = 90°, β ≠ 90°; Red de Bravais: C; Grupo puntual: 2/m; Grupo espacial: C2/c.
- Resolución da estructura da ermeloíta: Guillermo Zaragoza Vérez (Unidade de Raios X da Área de Infraestruturas da USC).
VÍDEO: OS SETE SISTEMAS CRISTALINOS, 2023
Videocreación (vídeo 1920 x 1080, codecs h 264 duración 1 min 44 s, audio 2 canais)
Monica Mura
Por orde de aparición:
- Tridimita (SiO2). Sistema cristalino Triclínico: a ≠ b ≠ c, α ≠ β ≠ γ≠ 90°; Red de Bravais: P; Grupo puntual: 1; Grupo espacial: P1.
- Xeso (CaSO4 · 2H2O). Sistema cristalino Monoclínico: a ≠ b ≠ c, α = γ = 90°; β ≠ 90°; Red de Bravais: C; Grupo puntual: 2/m; Grupo espacial: C2/c.
- Aragonito (CaCO3). Sistema cristalino Ortorrómbico: a ≠ b ≠ c; α = β = γ = 90°; Red de Bravais: P; Grupo puntual: mmm; Grupo espacial: Pmcn.
- Cristobalita (SiO2). Sistema cristalino Tetragonal: a = b ≠ c; α = β = γ = 90°; Red de Bravais: P; Grupo puntual: 422; Grupo espacial: P 41 21 2.
- Pirita (FeS2). Sistema cristalino Cúbico: a = b = c; α = β = γ = 90°; Red de Bravais: P; Grupo puntual: m3 ̅; Grupo espacial: Pa3. ̅
- Cuarzo-α (SiO2). Sistema cristalino Trigonal: a = b = c; α = β = γ ≠ 90°; Red de Bravais: P; Grupo puntual: 321; Grupo espacial: P 32 2 1.
- Cuarzo-β (SiO2). Sistema cristalino Hexagonal: a = b ≠ c; α = β = 90°, γ = 120°; Red de Bravais: P; Grupo puntual: 622; Grupo espacial: P 62 2 6.
Documentación e xeración das estruturas: Guillermo Zaragoza Vérez (Unidade de Raios X da Área de Infraestruturas da USC).
Montaxe da videocreación: Mónica Mura
MODELOS: ESTRUTURA CRISTALINA
Os minerais defínense por ter unha composición química específica e un determinado ordenamento dos elementos químicos. Esta ordenación definida e regular denomínase estrutura. Técnicas como a difracción de raios X de monocristal permiten determinar a estrutura cristalina de calquera mineral.
Estruturas cristalinas expostas:
1: Diamante (cúbico).
2: Grafito (hexagonal).
Colección Leybold de modelos estruturais: Alemaña, mediados do século XX.
Cesión de pezas e documentación: José Manuel Vila Abad, Antonio Sousa Pedrares. Dpto. Química Inorgánica (USC).
Modelos actuáis de Leibold:
Ampliando coñecementos…
Cristais: xeometría e orde
O interese polas substancias cristalizadas comezou a cobrar importancia xa a partires de mediados do século XVI coa obra sobre minería “De re metálica” de Agricola e con “Fenómenos naturais” de Olaus Magnus onde a descrición “primitiva” dos cristais de neve despertou gran interese, tal é así que medio século despois, o célebre astrónomo e matemático alemán Johannes Kepler (1571-1630) volveu a incidir na forma hexagonal das dendritas de neve. Tempo despois outro alemán, Joachim Jungius (1587-1657), facía referencia ás cristalizacións cúbicas do sal, o alumbre e o azucre e á forma hexagonal do cuarzo. Como resultado das súas observacións, na súa obra Zoxoscopiade physica minores (1662), Jungius puido xeralizar o feito de que a forma externa do sal non cambia. Ao mesmo tempo o físico e filósofo Pierre Gassendi (1592-1655) facía referencia á forma hexaédrica da amatista, á dodecaédrica da esmeralda ou á octaédrica do diamante.
Un dos primeiros pasos de gran relevancia en cristalografía foi a medición dos ángulos entre as caras que ocupan a mesma posición que levou a Nicolás Steno (1938-1686) a establecer que para un mesmo mineral (cuarzo) os ángulos eran sempre iguais, independientemente do tamaño das caras, establecendo así a “lei de constancia de ángulos interfaciais”. Os primeios cristalógrafos empezaron a pensar na idea de que esta forma externa dos cristais debía ter relación cunha certa orde interna. Así o noso homenaxeado René Just Haüy (1743-1822) deducíu que un cristal se formaba por repetición no espacio dunha unidade fundamental.
Difracción de raios X
Co descubrimento (realizado polo científico Alemán Conrad Röntgen, 1845-1923) dun tipo de radiación capaz de atravesar os corpos (raios X), abreuse a posibilidade de estudar a orde interna dos cristais. Utilizando esta radiación, outro científico Alemán, Max Von Laue (1879-1960), demostrou a naturaleza periódica dos cristais e pouco máis tarde os británicos William Henry Bragg e o seu fillo William Lawrence Bragg en 1913 puideron determinar as primeiras estruturas cristalinas (NaCl, KCl, KBr e KI) a partir de datos de difracción. Dende entón e ata a actualidade a difracción de raios X é a técnica instrumental por excelencia para o estudo da orde interna dos cristais, e por tanto dos cristais naturais inorgánicos que denominamos minerais.
O experimento da difracción consiste en facer incidir raios X sobre un sólido cristalino e medir a dirección e intensidade dos raios X que saen difractados. Así obtéñense patróns de difracción que van a ser característicos de cada mineral. Cabe destacar a existencia de dúas técnicas fundamentais: a difracción de po cristalino e a difracción de monocristal. Na primeira, como o seu nombre indica, o mineral atópase en forma de pequenos grans orientados ao azar que analizamos simultáneamente. Esta é unha técnica moi útil e rápida para poder determinar que mineral ou minerais temos, xa que podemos analizalos de forma simultánea e identificalos por comparación directa das sinais recollidas (os seus patróns). Podemos dicir que cada mineral ten a súa pegada” característica. A diferencia da difracción de po cristalino a técnica de monocristal só utiliza un único gran mineral de moi reducidas dimensións o cal tamén se somete á acción dun feixe de raios X. Os feixes de raios X que saen difractados en diferentes dirección son detectados rexistrando a súa orientación e intensidade. A partir de aquí, e a través de complexos procedementos matemáticos, chega a determinarse a posición espacial de cada átomo no interior da súa celda elemental. Esta técnica resulta de vital importancia cando non temos ningún patrón co que comparar, pois de descoñecer absolutamente como está ordenado internamente un mineral pásase a coñecer con total precisión a súa estrutura e composición. Éste foi o modo no que desde a Área de Infraestruturas de Investigación da USC descubrimos e caracterizamos o novo mineral galego, ermeloíta.
(Autor texto: Guillermo Zaragoza Vérez)
Difracta, difracta ben, que te quero coñecer…