Cristales - un manual para profesores de enseñanza primaria y secundaria
Elizabeth A. Wood, 1972
(Traducido
del original inglés por Juan F. Van der Maelen Uría, Carmen
Álvarez-Rúa, Javier Borge y Santiago García-Granda, Enero 2001)
Escrito para la Comisión de Enseñanza de la Cristalografía de la Unión Internacional de Cristalografía.
INTRODUCCIÓN
A los maestros y profesores de jóvenes estudiantes donde quiera que se encuentren:
Este trabajo ha sido realizado para la Comisión de Enseñanza de la
Unión Internacional de Cristalografía, que es una organización para el
desarrollo de la ciencia de la Cristalografía en todo el mundo. No se
trata de un sindicato formal, sino de un grupo de gente interesada en el
estudio de los cristales y repartida por todas las naciones del mundo.
Muchos maestros y profesores se aperciben de que los niños se interesan
por los cristales. El profesor tiene buenas razones para impulsar este
interés. Los niños pueden llevar a cabo experimentos sencillos con
cristales y, de esta forma, tener la sensación de estar haciendo ciencia
ellos mismos, de adquirir la experiencia de observar que algo ocurre en
sus propios experimentos. Los cristales son objeto de interés para
químicos, físicos, geólogos, biólogos y matemáticos. El estudio de los
cristales supone tomar parte en todas y cada una de estas disciplinas,
así como darse cuenta de que la Naturaleza (con mayúsculas) no está
separada en química, física, biología y geología.
La mayoría de
los maestros y profesores actuales no recibieron enseñanzas sobre
Cristalografía cuando eran ellos los estudiantes en la escuela y en el
instituto. El propósito de este manual es proporcionarles una cierta
base sobre el conocimiento de los cristales de manera que puedan
disfrutar trabajando con jóvenes estudiantes interesados en esta
materia. No es este un curso sistemático sobre Cristalografía, ya que no
sería lo más adecuado al caso. Aquellos estudiantes que deseen
profundizar en esta ciencia tendrán oportunidad de hacerlo en la
Universidad. Este texto no es más que un manual para disfrutar
aprendiendo.
En el presente texto se ha intentado evitar en lo
posible la terminología técnica, no sólo para hacerlo más sencillo,
sino, fundamentalmente, para evitar caer en la trampa de sustituir el pensar sobre lo que está ocurriendo por aprender nombres.
Los niños creen que saben por qué cae una manzana cuando han aprendido
la palabra «gravedad»; sin embargo, nuestros más competentes científicos
se sienten absolutamente intrigados por la forma en que una manzana y
la Tierra se atraen la una a la otra.
La inmensa mayoría de los
libros de Cristalografía hace énfasis en la importancia de la simetría a
la hora de clasificar los cristales. Sin embargo, una buena parte de
los cristales que los jóvenes estudiantes pueden llegar a obtener, o
encontrar en la naturaleza, tienen formas que no muestran una simetría
perfecta, debido a que las condiciones de cristalización no han sido las
mismas alrededor del cristal. Son necesarias una imaginación y una
experiencia ya maduras, obtenidas después de haberse encontrado con
cristales perfectamente simétricos, para imaginarse la forma que un
cristal habría adoptado si las condiciones de cristalización hubieran
sido uniformes.
Salvo que los estudiantes puedan convencerse a
partir de sus propias observaciones de que la simetría es realmente útil
a la hora de clasificar los cristales, no existe ningún beneficio en
hacerles memorizar los símbolos de la simetría, puesto que no tienen
ningún sentido para ellos. La esencia de la ciencia es la observación y
el deseo de saber, la curiosidad y el esfuerzo necesario para
satisfacerla. El conocimiento de lo que otros han descubierto es una
parte del aprendizaje científico, pero antes que nada debemos ver cómo
los científicos aprenden lo que saben sobre la naturaleza, de forma que
nos convenzamos de que sus resultados están basados en experimentos
reproducibles.
Por las razones recién apuntadas, este trabajo no
trata la cristalografía sistemática; esto es, la clasificación de los
cristales de acuerdo a su simetría. Lo que aquí se busca es establecer
una base firme para un posterior estudio de la Cristalografía mediante
un decidido impulso a la observación y a la experimentación. Después de
un cierto periodo de tiempo, las observaciones de los estudiantes
probablemente les lleven a conclusiones tales como las siguientes:
1. Bajo condiciones adecuadas, algunas clases de materiales sólidos se pueden obtener en formas que llamamos cristales.
2. Los cristales crecen (se hacen más grandes) mediante la adición de
más capas de materia sólida alrededor de sus caras externas.
3.
Los cristales se forman a partir de una disolución cuando se evapora el
disolvente. También se forman a partir de un fundido cuando se enfría el
líquido, y a partir de un vapor invisible y cálido cuando éste entra en
contacto con una superficie más fría.
4. Los cristales de sustancias diferentes tienen formas diferentes.
5. Los cristales de sustancias diferentes tienen propiedades
diferentes; esto es, algunos tienen color, otros no; algunos crecen
fácilmente, otros no; algunos son exfoliables (una propiedad que
discutiremos más adelante), otros no; algunos aparecen iluminados entre
polarizadores cruzados (véase el subapartado III-D), otros no.
6. (Para los estudiantes mayores) Debe haber algún tipo de orden oculto
en la manera en que un cristal se forma, el cual es responsable de sus
caras planas y de su forma característica, así como de la manera en que
le afecta la luz polarizada. Este ordenamiento ha de ser diferente para
sustancias diferentes.
Si sus estudiantes han llegado a
convencerse de estas conclusiones a partir de sus propias observaciones,
entonces habrán adquirido una sólida base en la ciencia de la
Cristalografía.
Un
cristal de una determinada sustancia o material tiene caras planas que
presentan siempre los mismos ángulos con sus vecinas, así como todas las
otras propiedades regulares, debido a que está formado por átomos,
iones o moléculas dispuestas de una manera muy ordenada. Este
ordenamiento estructural se encuentra en casi toda la materia sólida,
aunque unas sustancias muestran una disposición más ordenada que otras.
Incluso en la madera las moléculas están dispuestas en orden a lo largo
de las fibras, aunque no existe mucho orden al pasar de una fibra a la
siguiente. ¿Es entonces la madera un cristal? No posee caras pulidas.
Algunos cristalógrafos (las personas que estudian los cristales) dirían
que sus fibras son cristales, otros dirían que no.
Una sustancia formada a partir de cristales se denomina cristalina. A veces se utiliza la palabra policristalina
para designar a una sustancia formada por muchos cristales
individuales. En un monocristal (un cristal individual), el orden de las
filas de átomos no se interrumpe y no cambia de dirección. Cuando dos
cristales crecen juntos, la separación entre ellos marca el lugar donde
la disposición ordenada de uno forma un ángulo con la disposición
ordenada del otro. El diagrama de la figura representa de forma somera
una sección a través de cuatro cristales con tales divisiones. Las
líneas continuas representan separaciones entre cristales (llamadas a
veces estrías). Las líneas de puntos representan capas de átomos, iones o
moléculas.
![[4 crystals with grain boundaries]](http://www.iucr.org/__data/assets/image/0008/15848/fig1.gif)
Muchas sustancias que nos resultan familiares están hechas de cristales
muy ordenados que no muestran sus caras brillantes porque los cristales
vecinos han crecido junto a ellos formando divisiones irregulares.
Prácticamente todas las rocas están formadas a partir de cristales y con
frecuencia es posible distinguir a simple vista los diferentes
cristales que forman una roca. Los objetos metálicos están hechos de
cristales interpenetrados. En ocasiones es posible ver sus divisiones,
como por ejemplo en el recubrimiento de cinc del hierro galvanizado que
se usa habitualmente en bidones, bombonas y contenedores de basura. A
veces un picaporte de latón deja ver las separaciones entre los
cristales que lo componen.
![[Brass door handle]](http://www.iucr.org/__data/assets/image/0003/15861/p6.gif)
Una sustancia sólida en la cual los átomos, iones o moléculas no están
dispuestos en filas ordenadas se denomina un vidrio. El vidrio de las
ventanas es un ejemplo típico. La roca volcánica, así como parte de las
cenizas volcánicas, es también una sustancia vidriosa, no cristalina.
Existe un tipo particular de caramelo, muy quebradizo, hecho
habitualmente con nueces, que es también vidrioso. Se fabrica enfriando
muy rápidamente el azúcar fundido, de forma que los cristales no tengan
tiempo de crecer debido que el fluido se hace tan rígido que impide a
las moléculas moverse libremente y ocupar sus posiciones en el cristal.
Este procedimiento sugiere que otros vidrios pueden también formarse por
enfriamiento rápido. Así ocurre en el caso de las rocas volcánicas y en
algunos vidrios industriales, aunque los artesanos del vidrio han
aprendido a lo largo de los siglos a producir mezclas que se pueden
enfriar a prácticamente cualquier velocidad sin cristalizar. En algunos
vidrios muy antiguos, fabricados antes de que este arte estuviera bien
desarrollado, los cristales ya han empezado a formarse debido a que, a
lo largo de los años, los átomos han ido migrando lentamente hacia
posiciones ordenadas, dirigidos por sus atracciones mutuas. Desde una
perspectiva geológica, no existen rocas volcánicas muy antiguas. A lo
largo de cientos de miles de años los átomos han tenido tiempo de
juntarse para formar cristales.
La gente joven aprende mejor
«haciendo» que mediante explicaciones teóricas. La mejor forma que tiene
un niño de aprender algo sobre los cristales es mediante la experiencia
propia, no escuchando a alguien contarle experiencias ajenas. Debemos
dejarle observar, reflexionar y finalmente formular preguntas. Es
entonces cuando se le puede ayudar a buscar las respuestas. Ni siquiera
debemos tratar de definir la palabra cristal hasta que no hayamos
adquirido alguna experiencia con cristales. Por otra parte es esencial
que el profesor lleve a cabo estos experimentos por sí mismo, de manera
que pueda compartir sus descubrimientos con sus alumnos.
El
resto del presente manual está escrito como si fuera para los
estudiantes. Si enseña algo que usted ya sabe, recuerde que ha sido
escrito para todo tipo de escuelas, colegios e institutos a lo largo de
todo el mundo.
MATERIAL Y PRODUCTOS
A. Esencial
| Productos y Materiales |
|---|
| Sal común (cloruro sódico, NaCl) |
| Taza, vaso u otro recipiente similar |
Azúcar (sacarosa, C12H22O11) |
| Tacita de café o té |
Agua |
| Cucharilla de café |
| Hilo o cuerda delgada |
B. Conveniente
| Productos y Materiales |
|---|
| Bórax (Na2B4O7.7H2O) |
| Lupa |
| Alumbre (amónico, NH4Al(SO4)2.12H2O, o potásico, KAl(SO4)2.12H2O) |
| Pinzas de depilar o fórceps |
| Sulfato de cobre (vitriolo azul, CuSO4.5H2O) |
| Portaobjetos de vidrio (se puede usar el fondo de un vaso dado la vuelta) |
| Epsomita (sal de Epsom, MgSO4.7H2O) |
| Vela o cerillas |
| Salol (salicilato de fenilo, HOC6H4COOC6H5) |
| Fuente de calor para hervir agua |
| Bismuto (Bi) |
| Congelador para temperaturas inferiores a 0° C |
| Naftaleno (bolas de naftalina, C10H8) |
| Dos filtros polarizadores, tipo Polaroid |
CRISTALES EN EL AULA Y EN CASA
A. Crecimiento de cristales a partir de disoluciones
1. Sal común (cloruro sódico, NaCl) en agua
Comenzaremos con la sal común porque todo el mundo la tiene a mano.
Mientras el experimento con la sal común está en marcha se pueden ir
recopilando los productos para los restantes experimentos.
a. Crecimiento de los cristales y observación de su crecimiento
| Introduzca tres cucharaditas de sal en una taza con un tercio de su contenido lleno de agua. Agite bien. La mayor parte de la sal se disolverá, formando una disolución de sal en agua, pero una pequeña parte quedará sin disolver en el fondo del recipiente y es posible que la disolución aparezca turbia (algunos productores de sal de mesa envuelven los granos de sal en una sustancia insoluble e inocua con el objeto de que los granos no se peguen unos a otros cuando el tiempo es húmedo; se usa el siguiente procedimiento para separar esta sustancia, así como la sal no disuelta, si es que queda alguna, de la disolución). Deje la mezcla en reposo toda la noche. A la mañana siguiente la disolución aparecerá transparente, con un depósito sólido en el fondo. Vierta la disolución en un vaso bajo, o en una taza, teniendo cuidado de no acarrear nada del depósito del fondo (este procedimiento para separar un líquido de un sólido, simplemente vertiendo el líquido, se denomina decantación). | En un laboratorio químico, las cantidades vendrían dadas en gramos. Aquí usamos la tacita y la cucharadita como formas de medida familiares a todas las cocinas. Una taza lleva 8 onzas de fluido o, aproximadamente, 236 mililitros. Una cucharadita es casi equivalente a 5 mililitros. |
Desprecie el material sólido. Deje reposar la disolución sin tapar
durante unos días. Para protegerla del polvo se puede colocar una caja
grande volteada sobre ella.
Una determinada cantidad de cualquier disolvente,
tal como agua, puede disolver sóla-mente una determinada cantidad de
una sustancia particular. Cuando tenemos exactamente esa cantidad en la
disolución, decimos que tenemos una disolución saturada de esa sus-tancia. Si tenemos menos, entonces la disolución está insaturada
(o no saturada). En algunos casos las sustancias parecen necesitar un
núcleo -una diminuta cantidad de cristales de su misma clase- sobre el
que comience la cristalización del sólido a partir de la disolución. En
tales casos, si partimos de una disolución saturada y a medida que el
disolvente se evapora, puede ocurrir que la disolución se vuelva sobresaturada,
de forma que contenga en disolución más sustancia disuelta de la que
habría si la disolución estuviera en contacto con el sólido cristalino
de la sustancia que tenemos disuelta. En tales casos, la adición de la
más leve cantidad de soluto (la sustancia disuelta) provocará la precipitación del exceso del mismo en el fondo del recipiente.
Cuando aparezcan las primeras particulas sólidas en el fondo de su
solución salina, exa-mínelas con una lupa. Intente centrarse en una
partícula individual y obsérvela crecer de un día para otro. Si el
recipiente que contiene la disolución es de vidrio, podrá colocarlo
sobre un trozo de papel en el que previamente haya marcado un círculo,
de forma que esto le ayude a localizar la partícula que está observando.
(Es posible que se forme una costra blanca en el borde de la
disolución, allí donde la evaporación es más rápida. Más adelante
discutiremos este punto). También puede utilizar una luz lateral potente
como ayuda para sus observaciones.
Las partículas que se van
formando de manera gradual a partir de la disolución son cristales de
sal. Si puede verlos desde las primeras etapas de su formación observará
que parecen cuadrados. Si los observa desde un lateral verá que también
parecen cuadrados, o tal vez rectangulares. Con gran precisión, sus
lados forman ángulos rectos unos con otros y mantienen esta geometría
mientras crecen.
¡Piense un poco sobre esto! A partir de una
disolución surgen estas formas sólidas perfectamente modeladas,
independientemente de que esté usted evaporando la disolución en España,
en Siberia, en África, en América o en Australia, en un submarino o en
un avión. Puede estar completamente seguro: el sólido que surge de la
disolución salina forma pequeños cristalitos con brillantes caras
pulidas que forman ángulos rectos unas con otras. ¿Cómo supone usted que
ocurre esto?
Utilice unas pinzas, si dispone de unas, para
coger uno de los cristalitos y sacarlo del recipiente. Séquelo a
continuación y guárdelo en una caja aparte. No modificará su forma, a
menos que el tiempo sea muy húmedo. En condiciones de extrema
humedad, el agua del aire puede introducirse en el cristal y disolverlo.
Los cristales que quedan en el recipiente, sin embargo, continúan
creciendo porque a medida que el agua se evapora, la sal que usted
disolvió inicialmente abandona la disolución y se va añadiendo a los
cristalitos del fondo, haciéndolos cada vez mayores. Las capas se añaden
unas sobre otras, igual que las capas de pintura en una caja, de manera
que cada cara plana progresa hacia fuera, manteniendo ángulos
exactamente rectos con sus vecinas.
¿Qué ocurre cuando se
encuentran dos cristales que están creciendo uno junto al otro? Observe
cuidadosamente y lo verá. En la mayoría de los casos crecen juntos, de
forma irregular, mientras que sus bellas caras planas continúan
creciendo hacia fuera en aquellos lados que se mantienen libres, sin
contacto con otros. Cuando hayan crecido juntos durante un tiempo,
recójalos con las pinzas. ¿Podría decir dónde empieza uno de los
cristales y acaba el otro? En algunos casos es fácil, en otros no tanto.
¿Puede separarlos?
A medida que su disolución se va evaporando,
más y más cristales crecerán juntos en el fondo del recipiente. La
costra blanca lateral está formada por cristales como esos que han
crecido juntos, aunque en este caso son pequeñísimos. Donde la
evaporación era muy rápida, muchos cristales comenzaron a crecer al
mismo tiempo y en seguida encontraron cristales vecinos, de forma que
ninguno pudo hacerse grande.
En los pequeños espacios existentes
entre algunos de estos cristales, así como en el diminuto espacio
existente entre esta costra y el recipiente, tiene lugar una acción
capilar que provoca que la disolución se dirija hacia los lados en la
parte superior del recipiente, donde se evapora rápidamente y se forma
más costra blanca.
¿Cómo podría usted hacer crecer un cristal
mayor que los que ya posee pero que mantenga su forma perfecta porque no
haya entrado en contacto con un cristal vecino? Intente responder a
esta pregunta antes de seguir leyendo.
Aquí van dos métodos que puede probar:
1. Dado que la rápida evaporación provocó que muchos cristales
comenzaran a crecer al mismo tiempo, muy próximos unos a otros, tal vez
podríamos conseguir que crecieran menos cristales, alejados unos de
otros, evitando la evaporación rápida. Podríamos colocar una tapa sobre
el recipiente; no una tapa muy rígida, que podría impedir totalmente la
evaporación, sino algo más efectivo que la simple caja volteada. Un
trozo de tela o de papel colocado sobre el recipiente y sujeto a éste
mediante una goma elástica permitiría que la evaporación tuviera lugar
lentamente.
2. Podríamos separar un buen cristalito de la
disolución, transferir la disolución saturada a otro recipiente y
colocar el cristalito extraído en el fondo del nuevo recipiente. Es
posible que entonces éste sea el único que crezca. Un cristal utilizado
de esta forma se denomina un cristal semilla. (Conviene recordar que
cualquier disolución, sea la que esté adherida al cristal que se extrae
de la disolución original, sea la que se encuentra adherida a las pinzas
o a sus dedos, es una disolución saturada. A medida que se evapora,
crecen rápidamente en ella pequeños cristalitos que forman semillas
adicionales, que compiten por material con el cristal que usted desea
hacer crecer. Por esta razón, en cuanto se separe el cristal de la
disolución original es necesario secarlo en seguida utilizando un
pañuelo limpio, de tela o de papel, así como lavar y secar las pinzas y
sus dedos).
Cuando un cristal crece sobre una superficie, la
parte del cristal que está junto a ella está privada de material
adicional y no puede desarrollarse. Para permitir que un cristal
desarrolle todas sus caras, debemos colocarlo colgando de un hilo en el
interior de la disolución. Enlazar un hilo alrededor de un cristal
diminuto no es tarea fácil. Un procedimiento alternativo consiste en
pegar el hilo al cristal utilizando una mínima cantidad del tipo de cola
que se utiliza para reparar platos. Déjela secar por la noche antes de
colgar el cristal dentro de la disolución saturada.
b. Qué hacer con los cristales
1. Se puede construir un instructivo muestrario extrayendo de la
disolución (mediante las pinzas) cristales en varias etapas de su
crecimiento y fijándolos sobre una cartulina o un papel (mejor negro o
de color oscuro) con una gota de pegamento o cola. La secuencia, de
menor a mayor tamaño, mostrará cómo los cristales mantienen la misma
forma a medida que crecen.
![[sequence of crystals by size]](http://www.iucr.org/__data/assets/image/0009/15849/fig2.gif)
Trate de evitar la elección de piezas formadas por más de un cristal,
dado que entonces la observación de las formas y la comparación de los
tamaños es más difícil.
![[two crystals]](http://www.iucr.org/__data/assets/image/0019/15850/fig3.gif)
Dos cristales
2. Rómpalos. Golpee suavemente un cristal con un martillo pequeño, con
el mango de un cuchillo o de un destornillador, o con el cuenco de una
cuchara. Se romperá a lo largo de superficies planas paralelas a las
caras planas que forman la superficie externa.
![[one crystals]](http://www.iucr.org/__data/assets/image/0020/15851/fig4a.gif)
Éste se puede romper en... éstos ![[many small pieces]](http://www.iucr.org/__data/assets/image/0003/15852/fig4b.gif)
Éstos se pueden romper en trozos todavía más pequeños, aún con
superficies planas (que brillan con fuerza bajo una luz intensa)
paralelas a las originales. Se pueden romper las veces que uno quiera:
las caras seguirán estando paralelas unas a otras.
Esta
tendencia de un cristal a romperse en trozos a lo largo de superficies
planas de una determinada orientación se conoce con el nombre de exfoliabilidad. No todos los cristales tienen esta propiedad. Algunos sencillamente se quiebran como un trozo de vidrio.
En la sal común, los planos de corte son paralelos a las caras de
crecimiento, las caras que forman las superficies externas mientras
crece el cristal. En cristales de algunas otras sustancias, los planos
de corte no son paralelos a las caras de crecimiento.
¿Qué es lo
que hace que los cristales de cloruro de sodio crezcan en formas
rectangulares y se separen a lo largo de planos que forman ángulos
rectos unos con otros? Los cristalógrafos se hicieron estas preguntas y
especularon sobre las respuestas durante muchos años. No fue hasta
entrado el siglo XX que el descubrimiento de la difracción de rayos X
permitió entender la disposición de los átomos, los iones y las
moléculas en los cristales y explicar la forma en que crecen y pueden
ser separados, así como otras muchas propiedades. Los rayos X no
proyectan sombras de los átomos, tal como hacen con los huesos del
esqueleto. Los átomos son demasiado pequeños para que pueda ser así. Los
rayos X son dispersados por los átomos y, mediante el estudio de las
direcciones en que son dispersados, los cristalógrafos descubren la
forma en que los átomos están colocados en los cristales.
En el
cloruro de sodio, la sal de mesa común, se encuentra que los iones de
sodio y cloro se disponen de forma alterna, tal como se aprecia en la
figura.
![[Sodium chloride model]](http://www.iucr.org/__data/assets/image/0009/15858/p17.gif)
Se necesitan 1017 bloques como éste para formar un solo grano de sal de forma cúbica con 1 mm de arista (1 mm3
de sal). Esto es 100 000 000 000 000 000 bloques; es decir, cien mil
billones de bloques. Seguramente ya se había usted imaginado una
disposición similar para formar cristales rectangulares. Puede que
también se hubiera imaginado que tal disposición favorece la separación a
lo largo de las capas de iones sodio y cloro.
Cada cristal
tiene su propia disposición de átomos, iones o moléculas, que es
característica del mismo y es la responsable de la forma en que crece,
así como del resto de sus propiedades.
3. Guarde en una caja
pequeña, o en un frasco o en un sobre, algunos de los mejores cristales
que haya obtenido, de forma que los pueda usar en posteriores
experimentos (véanse los experimentos con luz polarizada, subapartado
III-D).
4. Coloque un cristal sobre un portaobjetos de vidrio, o
sobre alguna otra superficie limpia, y deposite una gota grande de agua
sobre él. Obsérvelo con una lupa mientras se disuelve en el agua. Los
vértices se redondean rápidamente debido a que poseen tres caras
expuestas al disolvente. Las aristas se redondean algo menos rápidamente
porque sólo tienen dos caras expuestas. Si se recupera el cristal antes
de que se haya disuelto completamente, se seca con un pañuelo limpio,
de tela o de papel, y se coloca de nuevo en la disolución salina
saturada, ¡comenzará a crecer de nuevo, rellenando los vértices y las
aristas y recuperando su forma original!
5. Puede usar
cualquiera de sus cristales como cristal semilla con objeto de obtener
cristales más grandes a partir de la disolución saturada de la misma
sustancia, pero obtendrá mejores resultados si utiliza cristales de
pequeño tamaño.
6. Utilice sus cristales como producto de
partida para comenzar desde el principio. Ahora son sal pura, sin ningún
recubrimiento insoluble.
c. ¿Qué se ha aprendido en esta sección?
Una lección importante que se ha de aprender en esta sección es que un
cristal de sal común crece añadiendo sal sobre sí mismo a partir de la
disolución acuosa de sal que lo rodea, y lo hace con caras pulidas y
planas que forman ángulos rectos unas con otras, supuesto que su
crecimiento no se vea obstaculizado. El hecho de que estos cristales
sean exfoliables indica que, en el interior del cristal, una
determinada dirección no es como cualquier otra. La clase y la
disposición de los átomos, iones o moléculas en un cristal determinan su
forma y sus otras propiedades.
Para separar un líquido de un
sólido se ha utilizado el método de decantación. Para hacer crecer
monocristales grandes se ha utilizado el método de siembra mediante
cristales semilla.
El hecho de que no puedan crecer cristales de
gran tamaño a partir de núcleos espacialmente próximos se ha observado
en el crecimiento de la costra blanca en el borde de la disolución, una
costra que se expandía a medida que la disolución circulaba a su través
por capilaridad.
Se ha observado la forma en que se produce la disolución de un sólido de forma cúbica.
2. Bórax (Na2B4O7.10H2O) en agua
Aunque la tercera sustancia, azúcar, es más fácil de conseguir que el
bórax, colocamos éste en segundo lugar debido a que forma muy
rápidamente bellos cristales. El bórax se utiliza como producto de
limpieza, para el lavado de la ropa, y se vende en cajas de cartón,
exactamente igual que el jabón en polvo y el detergente. Es peligroso si
se ingiere.
El bórax es mucho más soluble en agua caliente que
en agua fría. Esto no es una regla general para todas las sustancias. La
sal común, por ejemplo, es prácticamente igual de soluble en agua fría
que en agua caliente.
a. Crecimiento de los cristales y observación de su crecimiento
Añada una cucharadita de bórax a media taza de agua muy caliente,
agitando la mezcla hasta que el bórax se haya disuelto completamente.
Una vez que haya enfriado, crecerá un gran número de bellos cristalitos.
b. Qué hacer con los cristales
Las actividades
sugeridas en relación con el cloruro sódico (sal común) también son
válidas para el bórax. Se pueden construir expositores relativos a las
etapas del crecimiento similares a los anteriores. También se puede
probar su exfoliabilidad. Se puede separar un cristal de la disolución,
secarlo, atarle un hilo y usarlo como semilla dejándolo suspendido en el
interior de una disolución saturada. Una disolución que se encuentra en
contacto con cristales en crecimiento es, desde luego, una disolución
saturada. En caso contrario los cristales se disolverían. En
consecuencia, si tal disolución se vierte en un segundo recipiente, a la
misma temperatura, depositará bórax sobre una semilla de bórax que se
introduzca en ella (habiendo eliminado previamente todos los cristalitos
que se forman espontáneamente).
La mejor forma de proceder es
colocar la semilla colgando cerca del fondo del recipiente. La razón es
la siguiente. La densidad de una disolución saturada de casi cualquier
sustancia es mayor que la de una disolución insaturada de la misma
sustancia. A medida que el bórax se deposita sobre el cristal, la parte
de la disolución de la que proviene se hace menos densa y sube. La
disolución saturada, más densa (que pesa más por unidad de volumen),
fluye hacia abajo para tomar su lugar y aportar más material al cristal
semilla. Si la semilla está próxima a la superficie de la disolución, la
zona menos densa, la disolución no saturada rodea la parte superior del
cristal y ésta no crece. Por supuesto, exactamente en la superficie de
la disolución, donde ésta se encuentra en contacto con el aire, la
evaporación genera cristalización. Las semillas con frecuencia se forman
aquí, pero únicamente pueden desarrollar una cara y, por tanto, siempre
dan lugar a formas distorsionadas.
Compare ahora la forma de los cristales de bórax con los de sal común.
Observe cristales muy pequeños de sal común y de bórax entre
polarizadores cruzados (véase el subapartado III-D), utilizando una
lupa. El efecto es menos obvio con cristales grandes que tengan caras
brillantes o defectos que reflejen la luz.
Entre las partículas
invisibles de las que están hechos los cristales de bórax se encuentran
las moléculas de agua. Si estos cristales se dejan en un lugar seco y
templado durante largo tiempo, algunas de las moléculas de agua
escaparán al aire. La parte del cristal que ha perdido agua se deshace
en forma de polvo. Las pequeñas partículas de polvo dispersan la luz y
por ello aparecen blancas. Este proceso de pérdida de agua se denomina deshidratación.
c. ¿Qué se ha aprendido en esta sección?
Algunos cristales, tales como los de bórax, crecen con caras que no
forman ángulos rectos unas con otras. Los cristales de bórax tienen
formas distintas de los de sal común. Asimismo, los cristales de bórax y
los de sal común producen efectos distintos bajo la luz, tal como
indica su distinta apariencia entre polarizadores cruzados. Se pueden
distinguir ambas sustancias a partir de las propiedades
observadas. Difieren en solubilidad, forma cristalina, exfoliabilidad y
apariencia bajo la luz. Está claro, por tanto, que cuando el bórax
abandona la disolución para formar los cristales, éstos se construyen de
forma diferente a como lo hacen los cristales de sal común a partir de
la sal que abandona su disolución.
3. Azúcar (sacarosa, C12H22O11) en agua
a. Crecimiento de los cristales y observación de su crecimiento
Es difícil hacer crecer buenos cristales de azúúcar. El azúcar en agua
forma un líquido muy viscoso (espeso, almibarado) y las moléculas de
azúcar no se pueden mover velozmente a través de él con objeto de
juntarse con otras moléculas en la disposición ordenada que llamamos
cristal.
El secreto del éxito consiste en mantener la disolución
lo bastante caliente como para facilitar la movilidad de las moléculas,
pero, al mismo tiempo, lo bastante fría como para que no se produzca
una rápida evaporación en la superficie que cause la formación de una
costra superficial. Con objeto de conseguir ambos resultados, proceda
como sigue.
Caliente suavemente una taza de azúcar en media taza
de agua, agitando continuamente hasta que se disuelva todo el azúcar y
la disolución aparezca clara. Introduzca la disolución en un tarro de
los que se usan para guardar mermeladas y jaleas; tape el tarro, pero no
enrosque la tapa demasiado. El tarro se debe mantener caliente durante
varios días. Se puede dejar, por ejemplo, sobre una estufa de gas (o
sobre un horno). El agua que se evapora de la superficie de la
disolución condensa en la tapa y vuelve a caer, impidiendo la formación
de la costra. Aún así, algo de agua se escapa contínuamente, dado que la
tapa no está rígidamente enroscada. En un momento dado comenzarán a
formarse cristales de una bonita forma, característicos del azúcar de
mesa. El crecimiento de los cristales continuará lentamente durante un
largo periodo de tiempo.
La disolución de azúcar tiene la
interesante propiedad de que hace girar el plano de polarización de la
luz polarizada (véase el subapartado III-D). Esta rotación es diferente
para los diferentes colores de la luz. Si se coloca el tarro que
contiene la disolución de azúcar entre dos polarizadores cruzados y se
observa a través de él y de los polarizadores contra una luz blanca,
éste aparece coloreado, al contrario de lo que ocurre con la disolución
de sal común, que presenta color negro. Si se gira uno cualquiera de los
dos polarizadores (en su propio plano, tal como giran las manecillas
del reloj), manteniendo quieto el otro, el color cambia.
b. Qué hacer con los cristales
Todas las sugerencias hechas en relación con los cristales de bórax y
de sal común son aplicables aquí también. Además, ahora se puede
comparar la forma de los cristales de azúcar con la de los de bórax y
los de sal.
c. ¿Qué se ha aprendido en esta sección?
Los cristales de azúcar difieren de los de sal, la otra sustancia
familiar en nuestra mesa, tanto en la forma como en la facilidad de
crecimiento. También difieren en forma y en facilidad de crecimiento de
los cristales de bórax. Cuando las moléculas de azúcar abandonan la
disolución, éstas se agrupan para formar un cristal de manera diferente a
como lo hacen las partículas constituyentes de los cristales de sal y
de bórax. Cada sustancia tiene su propio modo de disponer sus partículas
constituyentes a la hora de formar un cristal.
Las partículas
que forman un cristal deben poder moverse libremente por la disolución
con objeto de juntarse y colocarse ordenadamente. La disolución de
azúcar es tan viscosa (espesa, almibarada) que frena este movimiento y,
por tanto, los cristales de azúcar son más difíciles de conseguir que
los de sal y que los de bórax.
Una disolución acuosa de azúcar, a
diferencia de las disoluciones de sal y de las de bórax, hace girar el
plano de polarización de la luz polarizada (subapartado III-D).
4. Alumbre [amónico, NH4Al(SO4)2.12H2O, o potásico, KAl(SO4)2.12H2O] en agua
Es más fácil hacer crecer cristales de alumbre que cristales de sal
común, y mucho más fácil que los cristales de azúcar. Tienen caras
reflectantes muy brillantes, y los más pequeños despiden chispas de luz
de manera muy atractiva. El alumbre en polvo se puede encontrar en la
mayoría de las farmacias y boticas. Se utiliza como astringente y para
reducir las hemorragias de pequeñas heridas.
a. Crecimiento de los cristales y observación de su crecimiento
Introduzca cuatro cucharaditas de alumbre en polvo en media taza de
agua caliente. Después de un cierto tiempo, todo el alumbre se habrá
disuelto, dejando una disolución clara.
Coloque sobre el
recipiente una tapa ligera, tal como un trozo de papel, con el objeto de
mantener la disolución protegida del polvo. A medida que se evapore el
agua, irán formándose unos bonitos cristales de alumbre.
Observe
los cristales cuidadosamente y compare sus formas con las de los
cristales de los otros compuestos estudiados. ¿Son estos cristales más o
menos transparentes que los de sal común? Fíjese que el alumbre, como
el bórax, contiene agua (H2O) como parte de la composición
del cristal. Puede resultar de interés comparar la apariencia y la
facilidad de crecimiento a partir de una disolución acuosa entre
aquellos cristales que contienen moléculas de agua en su composición y
aquellos que no.
b. Qué hacer con los cristales
1. Prepare un muestrario con la secuencia de crecimiento, como en el caso de la sal común.
2. Rómpalos. Descubrirá que, a diferencia de la sal pero a semejanza del azúcar, el alumbre no es exfoliable.
3. Guarde algunos en una caja o en un sobre, adecuadamente etiquetado, para usarlos en experimentos posteriores.
4. Disuelva parcialmente un cristal de alumbre y vuelva a hacerlo crecer, como en el punto b.4 del experimento con sal.
5. Introduzca, pendiendo de un hilo, un cristal de alumbre, pequeño y
con buena forma, en una disolución saturada de la misma sustancia y
observe la formación de un bello cristal de gran tamaño.
6. Observe un cristal de alumbre entre polarizadores cruzados (subapartado III-D).
c. ¿Qué se ha aprendido en esta sección?
Los cristales de alumbre se distinguen de los de sal y de los de azúcar
en varios aspectos. Crecen más rápidamente y poseen una forma que
difiere tanto de unos como de otros. Al igual que los cristales de
azúcar, pero a diferencia de los de sal, no son exfoliables sino que se
rompen de forma irregular. Como ocurre con los cristales de sal, pero a
diferencia de lo que ocurre con el azúcar y con el bórax, aparecen
oscuros entre polarizadores cruzados.
5. Sulfato de cobre (vitriolo azul, CuSO4.5H2O) en agua
¡VENENOSO!
Probablemente pueda conseguir sulfato de cobre en una botica o en una
farmacia. Se utiliza en algunas piscinas para evitar el crecimiento de
plantas, pero es venenoso. No se debe permitir que los estudiantes se lo
lleven a casa. Lávese las manos cuidadosamente después de manipular
sulfato de cobre, bien sea en forma de polvo, en disolución o en forma
cristalina (el polvo está también hecho de cristales, en este caso muy
pequeños, pero principalmente del sulfato de cobre anhidro; esto es, de
sulfato de cobre sin agua formando parte de su composición).
a. Crecimiento de los cristales y observación de su crecimiento
Introduzca cuatro cucharaditas de sulfato de cobre en polvo en media
taza de agua caliente y agite hasta que el sólido se haya disuelto. A
medida que se evapore la disolución, se irá formando una costra de
sulfato de cobre que sube por los lados y puede llegar hasta el borde
del recipiente. En este aspecto, el sulfato de cobre es incluso peor que
la sal común, de modo que sería conveniente colocar el recipiente sobre
un plato.
Cuando la disolución se haya evaporado lo suficiente,
comenzarán a crecer brillantes cristales azules. Estudie sus formas y
obsérvelos desarrollarse día tras día.
Se puede llevar a cabo un
bonito experimento mezclando polvo de alumbre y polvo de sulfato de
cobre y disolviendo la mezcla (por ejemplo, dos cucharaditas de cada uno
en media taza de agua). El resultado es que los cristales de alumbre
crecen tal como lo hicieron previamente; esto es, incoloros y con su
forma característica; asimismo, los cristales de sulfato de cobre crecen
como antes lo hicieron, azules brillantes también con su forma
característica. Puede que se encuentren y se peguen unos a otros; puede
que uno crezca alrededor de otro, pero no se mezclarán. La
disposición ordenada en los cristales de alumbre no es la misma que la
disposición ordenada en los de sulfato de cobre y cada sustancia
construye su propio tipo de cristal.
b. Qué hacer con los cristales
RECUERDE QUE EL SULFATO DE COBRE ES VENENOSO.
No se debe usar con los estudiantes más jóvenes. A los alumnos mayores
se les debe advertir repetidamente que se laven las manos después de
manipularlo.
1. Se puede preparar un expositor con cristales de diferentes tamaños, tal como se ha hecho con las otras sustancias.
2. Examine sus formas y compárelas con las de los cristales de alumbre, azúcar, bórax y sal común.
3. Intente dibujar las aristas externas de los cristales que ha
obtenido hasta este momento. La acción de dibujar ayuda a la
observación.
4. Intente cortarlos (los cristales de sulfato de cobre no son exfoliables).
5. Si se guarda durante algún tiempo en un lugar seco y templado, el
sulfato de cobre, al igual que el alumbre y el bórax, se deshidrata.
6. La costra que se deposita en los lados del recipiente consiste
principalmente en la forma anhidra del sulfato de cobre. Se puede
recoger y disolver, exactamente igual que el polvo original.
c. ¿Qué se ha aprendido en esta sección?
La comparación entre los nuevos cristales y los obtenidos en las
secciones precedentes muestra de nuevo que cada sustancia tiene una
forma y unas propiedades características, y esta vez ha aparecido una
nueva propiedad: el color.
Si se ha intentado la mezcla de
alumbre y sulfato de cobre, tendremos la observación adicional de que
cada sustancia añade a sus propios cristales aquellas partículas que
pertenecen al cristal que se está formando y no acepta otras partículas
que puedan estar presentes en la disolución pero que no pertenecen a la
estructura del cristal.
6. Epsomita [sal de Epsom, (MgSO4.7H2O)] en agua
La epsomita se utiliza como laxante y también para hacer emplastos que
se colocan sobre moratones, torceduras (dislocaciones) y picaduras de
insectos. Se vende en prácticamente todas las farmacias y boticas.
a. Crecimiento de los cristales y observación de su crecimiento
La epsomita es muy soluble en agua. Se pueden disolver unas seis
cucharaditas en apenas la cuarta parte de una taza de agua caliente.
Agite la disolución durante varios minutos. Si la sal no se disuelve del
todo, añada una muy pequeña cantidad de agua y agite hasta que la
disolución esté clara.
Los cristales crecen en forma de agujas
alargadas, una forma muy distinta de las vistas hasta ahora. Como la
sustancia es muy soluble, una sola gota de disolución contiene
suficiente material para obtener un buen grupo de cristalitos cuando se
evapora el agua. Si la gota se coloca en una superficie no absorbente,
como el vidrio, la superficie de la gota se recubre de cristales,
obstruyéndose la evaporación. Es preferible colocar la gota sobre una
superficie absorbente, tal como cartón o cartulina. La observación con
una lupa del pequeño grupo de cristales que resulta es especialmente
gratificante.
b. Qué hacer con los cristales
La
forma de aguja de los cristalitos de epsomita hace que resulte muy
sencillo atarles un hilo. Una fina aguja de epsomita colgada en el
interior de una disolución saturada de la misma sal producirá un buen
cristal en forma de varilla.
La epsomita se deshidrata más
rápidamente que cualquiera de los otros cristales con contenido en agua
obtenidos hasta ahora. Los cristales mantendrán su forma, pero la
superficie aparecerá como si hubiera sido pintada con pintura blanca
mate. Puede raspar el material deshidratado de la superficie y
encontrará entonces que por debajo de él permanece el cris-tal, el cual
no ha perdido aún sus moléculas de agua. Se puede usted convencer de que
a la sustancia blanca mate de la superficie únicamente le falta el agua
para ser el mismo material que forma los cristales originales si
disuelve una parte de esa sustancia en un poco de agua y deja que ésta
se evapore.
De todos los cristales hidratados que se han hecho
crecer en esta serie de experimentos, el alumbre es el que retiene el
agua con más fuerza. Sin embargo, todos ellos pierden el agua de
hidratación al calor de una cerilla. Coloque un pequeño cristal de cada
clase en el portaobjetos de vidrio de un microscopio o en una pequeña
pieza de metal, tal como una lámina de aluminio. Mantenga una cerilla
encendida debajo de cada uno de ellos. Muy pronto todos comenzarán a
perder su agua de hidratación, la cual hervirá vigorosamente al calor de
la llama. Si deja usted de calentar cuando todavía quede bastante agua,
se volverá a formar un gran número de pequeños cristales. Sin embargo,
si continúa calentando hasta que pare de hervir (esto es, hasta que todo
el agua haya sido eliminada) se formará la sustancia deshidratada
blanca.
c. ¿Qué se ha aprendido en esta sección?
La epsomita es muy soluble en agua.
Como el bórax, el alumbre y el sulfato de cobre, la epsomita está parcialmente compuesta de agua y puede deshidratarse.
Cuando una sustancia es muy soluble en agua, una simple gota de la disolución saturada contiene una gran cantidad de la misma.
Ahora que ha hecho usted crecer varios tipos de cristales diferentes,
puede que le apetezca preparar un muestrario con ellos. Aquí tiene una
fotografía de algunos cristales de alumbre obtenidos exactamente como se
describe en este manual.
![[Crystals of alum]](http://www.iucr.org/__data/assets/image/0010/15859/p34.gif)
7. ¿Algo más?
Tiene que haber otras cosas que pueda usted disolver en agua. ¿Formarán
todas ellas cristales cuando se evapore el agua? No, pero no podrá
estar seguro mientras no lo intente. El hiposulfito (tiosulfato sódico pentahidratado, {Na2S2O3.5H2O),
la sustancia que se usa en fotografía como fijador después del
revelado, formará buenos cristales a partir de la disolución. Lo mismo
ocurrirá con la sal de Rochelle (también llamada sal de Seignette,
tartrato de sodio y potasio). Una receta para obtener buenos cristales
de la sal de Rochelle, así como algunas sugerencias para experimentar
con ellos, se encuentra en el libro Crystals and Crystal Growing, de Holden y Singer (véase la lista de lecturas sugeridas al final de este manual).
B. Cristales a partir del fundido (líquido de la misma sustancia que los cristales)
1. Hielo (agua sólida, H2O)
El hielo es una de las pocas sustancias que cambia de nombre cuando
funde. El agua es una sustancia tan común que es útil tener distintos
nombres para cada una de las diferentes formas en que se presenta:
hielo, nieve, escarcha, rocío, lluvia, vapor de agua, niebla, nube...
El hielo también es una de las pocas sustancias que se encoge cuando
funde. Una determinada masa de agua ocupa más volumen como hielo que
como agua líquida, una vez que ha fundido. Otra forma de decir lo mismo
es ésta: un volumen dado de hielo pesa menos que el mismo volumen de
agua líquida. Esto es así porque el hielo es menos denso que el agua
líquida. Por esta razón el hielo flota en el agua. Si el agua congela en
un recipiente que no la deja expandirse libremente, el recipiente se
rompe.
Como el agua líquida ocupa menos volumen que el hielo, se
puede transformar hielo en agua haciendo presión sobre aquél. Ésta es
una de las razones por las cuales el hielo es tan resbaladizo y se puede
patinar sobre él. La presión produce una fina capa de agua entre el
patinador y el hielo, la cual actúa como lubricante.
Se puede
demostrar el cambio de hielo a agua por aplicación de una presión, y su
vuelta a hielo por eliminación de la misma presión, mediante el
siguiente experimento. Coloque un cubito de hielo sobre un vaso dado la
vuelta. Sujete ambos extremos de un alambre pequeño a sendos lápices.
Pase el alambre por la parte superior del cubito de hielo y empuje hacia
abajo ambos extremos del mismo, tal como se muestra en el diagrama.
![[pulling wire through ice]](http://www.iucr.org/__data/assets/image/0004/15853/fig5.gif)
El alambre irá atravesando el hielo de arriba a abajo. El hielo se
funde por debajo del alambre, donde está bajo presión, y se recongela
por encima del alambre, donde la presión ha cesado.
a. Crecimiento de los cristales y observación de su crecimiento
Una forma de hacer crecer cristales de hielo es colocar una cubitera
con un poco de agua en el congelador de una nevera tradicional, o bien
al aire libre si la temperatura está claramente por debajo de 0° C. En
unas dos horas (si la temperatura es de -10° C) buena parte del agua se
habrá transformado en hielo. Algunos de los cristales tendrán una forma
delgada y alargada, aunque es posible que hayan cristalizado junto a
otros. Extráigalos de la cubitera y examínelos. Una buena forma de
localizar la frontera entre cristales vecinos es observarlos entre
polarizadores cruzados (véase el punto b, más abajo).
Otra forma
de hacer crecer cristales de hielo consiste en colocar una gota de agua
sobre el portaobjetos de un microscopio, o sobre cualquier otra
superficie plana, como el fondo de un vaso dado la vuelta, e
introducirla en el congelador.
b. Qué hacer con los cristales
Examínelos entre polarizadores cruzados, utilizando el montaje sugerido
en el subapartado III-D para sujetar los polarizadores.
Si
dispone de la pequeña gota de agua congelada sobre el portaobjetos,
puede colocar el vidrio de forma horizontal, entre los polarizadores,
iluminándolo desde abajo, y observar los cambios de color que tienen
lugar a medida que el cristal funde y se hace más delgado.
Haga
girar el portaobjetos en su propio plano, como las manecillas del reloj,
entre los polarizadores. Fíjese que los cristales aparecen oscuros en
unas posiciones e iluminados en otras. Una zona que tenga el mismo
comportamiento a lo largo de toda la rotación pertenece a un único
cristal. Entre ella y otra zona que se comporte de manera diferente se
encuentra la frontera entre los cristales. Puede que exista una zona que
permanezca oscura en todas las posiciones de la rotación. Esta zona
tiene su eje óptico alineado exactamente en la dirección en que usted
está mirando (en la misma dirección del eje de rotación; véase la
referencia 3, Apartado V). Si inclina el portaobjetos ligeramente, esta
zona se iluminará.
Si dispone de una placa de hielo de dos o
tres milímetros de espesor en la cubitera, tiene la oportunidad de ver
algo realmente especial entre los polarizadores cruzados. Con objeto de
que éstos no se humedezcan, colóquelos de forma vertical.
Localize una zona amplia de la placa de hielo que permanezca oscura
cuando se gire la placa en su propio plano entre los polarizadores
cruzados. Manténgala pegada al polarizador frontal y acérquese a mirar
tan cerca del polarizador como le sea posible. Observará una cruz negra
sobre un fondo gris y, si la placa de hielo es lo bastante gruesa,
también verá un anillo amarillo alrededor de la cruz y un anillo rojo
rodeando al anterior. Este fenómeno se conoce en Óptica por el nombre de
figura de interferencia (véase la referencia 3, Apartado V).
c. ¿Qué se ha aprendido en esta sección?
Se pueden obtener cristales de hielo a partir de hielo fundido (es decir, de agua líquida).
Las fronteras entre los cristales que forman una placa de hielo se pueden detectar utilizando polarizadores cruzados.
Como el agua líquida es más densa que el hielo, éste se puede
transformar en agua mediante la aplicación de presión. Si la temperatura
es inferior a 0° C, ésta volverá a transformarse en hielo cuando cese
la presión. (Fíjese que el hielo, como cualquier otra sustancia sólida,
puede estar más frío que su temperatura de fusión. Mucha gente parece
tener la extraña idea de que el hielo siempre está a la temperatura de
0° C. Cuando se está formando hielo a partir de agua líquida y todavía hay agua presente, entonces su temperatura sí es de 0° C).
2. Salol (Salicilato de fenilo, HOC6H4COOC6H5)
El salol se vende en farmacias y boticas como una medicina para
desórdenes intestinales. No es soluble en agua pura, pero sí lo es en
alcohol etílico. Funde a 42° C.
a. Crecimiento de los cristales y observación de su crecimiento
Coloque una pequeña cantidad de polvo de salol sobre alguna superficie
que se pueda calentar por debajo con la llama de una cerilla. Un
portaobjetos de microscopio, o una pieza similar de vidrio, es la
superficie más adecuada, pero incluso una pequeña lámina de aluminio
servirá para nuestros propósitos. La cantidad de polvo de salol ha de
ser pequeña, aproximadamente del tamaño de un guisante. Caliéntelo a la
llama de una cerilla desde abajo, manteniendo la cerilla bastante
alejada de forma que la llama no ennegrezca el vidrio con el carbono no
quemado. Deje de calentar en cuanto el salol funda.
Podría
esperarse que el salol solidificara de nuevo en cuanto la temperatura
descendiera a 42° C. En realidad, esto no ocurre salvo que se encuentre
presente un cristal semilla de salol (o la temperatura baje bastante por debajo de 42° C o esperemos un tiempo muy largo
a 42° C). Dado que el polvo de salol está formado por diminutos
fragmentos cristalinos, un pequeño grano del polvo servirá como semilla
para comenzar la cristalización en cuanto la temperatura del líquido
haya bajado lo suficiente.
Si se añade mucho polvo al líquido,
comenzarán a crecer demasiados cristales a la vez y muy pronto unos
interferirán en el crecimiento de otros. Entonces no será posible ver
las bonitas formas rectas que se desarrollan cuando un cristal de salol
crece sin obstrucción. La forma de un cristal de salol es como la de los
rombos (también llamados diamantes) de las cartas de póquer. Si observa
el crecimiento con una lupa, podrá ver aparecer y hacerse más grandes
esas láminas, manteniendo siempre la misma forma. Una tras otra, las
capas de salol se van añadiendo al cristal a gran velocidad (miles de
capas por segundo), todas en una disposición tan ordenada que las caras
del cristal se mantienen perfectamente planas y continúan formando los
mismos ángulos con sus vecinas.
Cuando haya finalizado el
crecimiento, examine de cerca el conjunto de cristales mediante una
lupa. La mayoría de ellos no mostrarán sus líneas con forma de rombo
porque se habrán encontrado con cristales vecinos en su crecimiento y
unos habrán crecido alrededor de otros. Si coloca el conjunto de
cristales bajo una luz intensa y los gira de un lado a otro observará la
luz reflejarse en sus caras perfectamente planas. Las caras de un
cristal, construidas a partir de los más elementales bloques de materia,
son las superficies planas más perfectas que se pueden obtener por
cualquier medio físico, más planas que cualquier superficie que se pueda
producir mediante pulido. El salol se puede refundir y recristalizar
repetidamente.
b. Qué hacer con los cristales
Como el salol no es pegajoso, ni corrosivo, ni venenoso, ni peligroso
para la ropa, un portaobjetos de vidrio con los cristales de salol
congelados sobre él se puede llevar en el bolsillo. Si se prepara un
portaobjetos con un buen grupo de cristales en un extremo y un grupo
mucho más pequeño en el otro, se puede fundir el grupo grande
manteniendo el pequeño frío y sólido. Entonces se puede coger un
diminuto fragmento del grupo pequeño para usarlo como semilla cuando
haga falta. Un portaobjetos como éste se puede llevar encima para hacer
demostraciones de crecimiento de cristales a los amigos.
Si
consigue colocar una delgada película de salol fundido entre dos
portaobjetos de vidrio y mantener éstos fuertemente presionados hasta
que el salol solidifique (dejando pegados los dos portaobjetos, por
tanto), entonces podrá observar un fenómeno aún más excitante. En primer
lugar observe su «bocadillo» vidrio-salol-vidrio entre los
polarizadores cruzados (véase el subapartado III-D). Gire el «bocadillo»
en su propio plano, como las manecillas de un reloj, entre los
polarizadores, manteniendo estos cruzados. Si no observa colores en los
cristales de salol, su película de salol no es lo bastante delgada.
Vuelva a fundirla y a dejarla enfriar entre los portaobjetos,
presionándolos más fuertemente esta vez.
A continuación, funda
tan sólo una pequeñísima cantidad de salol en el centro del «bocadillo».
Deje de calentar en cuanto comience a fundir. De otra forma se fundirá
toda la película de salol y se separarán los vidrios portaobjetos.
Observe ahora de nuevo su «bocadillo» entre los polarizadores cruzados (PRECAUCIÓN:
los filtros polarizadores se dañan por el calor. Manténgalos alejados
de los portaobjetos calientes. El montaje descrito en el subapartado
III-D le ayudará a ello). La parte líquida se observa negra entre los
polarizadores cruzados, mientras que los cristales de salol que la
rodean aparecen iluminados. Usando una lupa, observe cómo se forman las
láminas brillantes de los cristales de salol en la zona oscura a medida
que las partículas de salol que componen el líquido, orientadas al azar,
van encajando en los lugares ordenados que constituyen los cristales.
c. ¿Qué se ha aprendido en esta sección?
El calor puede transformar un sólido ordenado en un líquido
desordenado. El líquido tiene un aspecto parecido al del agua, pero no
es agua porque no entra en ebullición al calor de la llama de una
cerilla y porque se transforma en salol sólido a una temperatura mucho
más alta de la que el agua líquida necesita para transformarse en agua
sólida, lo que conocemos como hielo.
Un cristal mantiene su
forma perfecta y sus caras pulidas mientras miles de capas de partículas
invisibles por segundo se van añadiendo sobre él.
El salol
líquido se ve negro entre polarizadores cruzados, igual que el vidrio y
el agua líquida, pero los cristales de salol se ven brillar y muestran
colores si son lo bastante delgados.
El salol líquido no formará
cristales (esto es, no se transformará en salol sólido) salvo que se le
proporcione un cristal semilla con el que empezar el proceso.
3. Bismuto (Elemento metálico, Bi)
El elemento metálico bismuto funde a 271° C. Como el agua, tiene la
rara propiedad de expandirse cuando pasa a la forma sólida (cuando
cristaliza). Se puede conseguir bismuto de una empresa suministradora de
sustancias químicas y también del departamento o facultad de química de
una universidad.
a. Crecimiento de los cristales y observación de su forma, ya crecidos
Funda el bismuto en una cazuela abierta. Cuando haya fundido del todo,
aparte la cazuela de la fuente de calor. A medida que la cazuela vaya
enfriando se irán formando cristales de bismuto por la parte interna de
la superficie del líquido. No será posible verlos, pero con unas pinzas
largas o fórceps de químico podrá detectarlos justo por debajo de la
superficie del líquido opaco. Sepárelos del líquido caliente con las
pinzas y agítelos con cuidado para eliminar el exceso de líquido. La
superficie de los cristales de bismuto tiene muchas caras escalonadas de
pequeño tamaño.
b. Qué hacer con los cristales
Gire los cristales de un lado a otro bajo un intenso haz de luz,
preferiblemente de uno que provenga de una cierta distancia. Fíjese que
las superficies de muchas de las caras reflejan intensamente la luz al
mismo tiempo. Para que esto ocurra deben estar formando el mismo ángulo
con el haz de luz; esto es, deben ser paralelas entre sí. Deben estar
todas ellas formadas por capas de los elementos de construcción del
cristal de bismuto que son exactamente paralelas unas a otras en la
ordenada disposición del cristal. Esto nos dice que no se trata de caras
de cristales diferentes, sino que todas ellas pertenecen al mismo
cristal. En un cristal vecino existirá un conjunto diferente de caras
escalonadas, las cuales reflejarán la luz en un ángulo distinto.
Mientras examina los cristales de bismuto puede que observe
iridiscencia en sus superficies, como la que se observa en las plumas de
un pavo real y en las pompas de jabón. Esto se debe a la presencia de
una fina capa de óxido de bismuto que a veces se forma en la superficie
de los cristales cuando se enfrían. Es tan fina que la luz la atraviesa y
llega a la superficie del bismuto, donde se refleja. En su camino de
vuelta se encuentra con la luz que ha sido reflejada por la superficie
de la película de óxido. Ambos haces de luz interfieren entre sí. Cuando
esto ocurre se elimina algún determinado color del haz de luz blanco,
que está formado por una combinación de todos los colores del arco iris.
Cuando se elimina un color, el haz resultante ya no permanece blanco
sino que se observa coloreado. De esta forma, la superficie de los
cristales de bismuto puede aparecer coloreada. Una fina capa de aceite
en agua muestra color de la misma forma. Exactamente igual que las
plumas del pavo real y las pompas de jabón. Los colores que se producen
de esta forma se denominan colores de interferencia.
c. ¿Qué se ha aprendido en esta sección?
La cara de un cristal puede verse interrumpida por un escalón y ser el
mismo cristal a ambos lados del escalón. Es la constancia en la
orientación lo que identifica un conjunto de superficies como
pertenecientes al mismo cristal.
Los haces de luz blanca que se
reflejan en dos superficies de una película delgada pueden interferir
entre sí y generar luz de color.
C. Cristales a partir del vapor (la misma sustancia en forma gaseosa)
1. Hielo
Al aire libre, en ocasiones, se forma hielo directamente a partir de
vapor de agua. Si el tiempo es frío y húmedo, los árboles se cubren de
escarcha. En zonas de gran altitud es frecuente observar hojas
escarchadas en los árboles. También se puede formar hielo en una ventana
de vidrio de una casa, si aquélla está muy fría, a partir del vapor de
agua que hay en la casa.
a. Crecimiento de los cristales y observación de su crecimiento
Si la atmósfera de la habitación es lo bastante húmeda, es posible que
se pueda inducir la formación de cristales de hielo a partir del vapor
en el exterior de un recipiente de vidrio, o de metal, lleno de hielo
picado y alcohol. Agite vigorosamente la mezcla de cuando en cuando. Los
cristales no mostrarán caras bien formadas, pero es posible que pueda
ver salir chispas de luz de las diminutas facetas que los forman si hace
incidir una luz intensa sobre la superficie helada.
b. Qué hacer con los cristales
Vacíe el recipiente y observe cómo se funde la escarcha. No provenía de
agua líquida; pasó directamente de agua en forma gaseosa al estado
sólido. Pero a medida que se calienta cambia a la forma líquida. Si deja
el recipiente en la habitación durante algún tiempo, el agua volverá al
estado gas de nuevo; esto es, se evaporará.
c. ¿Qué se ha aprendido en esta sección?
El vapor de agua, que es agua en el invisible estado gas, se encuentra
en el aire que está a nuestro alrededor. Se le puede obligar a
transformarse en hielo sobre superficies muy frías (o en agua líquida
sobre superficies menos frías).
2. Naftaleno (bolas de naftalina, C10H8)
¡PRECAUCIÓN: INFLAMABLE!
Esta sustancia, que se usa desde hace mucho tiempo para proteger la
ropa de lana del ataque de las polillas, no debe confundirse con otras
sustancias de producción más reciente que se usan con el mismo fin (por
ejemplo, paradiclorobenceno). Habitualmente se vende en cajas de papel o
plástico y tiene la forma de pequeñas bolas blancas.
a. Crecimiento de los cristales y observación de su crecimiento
Cuando el naftaleno se calienta suavemente pasa rápidamente a estado
vapor (su punto de fusión es de 80° C y su punto de ebullición es de
218° C). Su fuerte tendencia a pasar al estado vapor es una de las
propiedades que le hacen útil para proteger la ropa frente a las
polillas.
ES MUY INFLAMABLE Y NO DEBE CALENTARSE DIRECTAMENTE A LA LLAMA.
Una forma conveniente de hacer crecer cristales de naftaleno es la
siguiente: introduzca una pequeña cantidad de naftaleno sólido (media
cucharadita) en el fondo de un frasco alto de vidrio. Coloque una tapa
amplia sobre el frasco. Una tapa de un frasco de boca más ancha, un
trozo de una plancha de aluminio e incluso un trozo de papel pueden
servir de tapa. No enrosque la tapa al frasco, dado que esto
haría que el vapor recalentado quedara atrapado en el interior. Si lo
hiciera así, podría explotar.
Deje reposar el frasco sobre la
bombilla encendida de una lámpara. Muy pronto (con una bombilla de 100
vatios) podrá observar que empiezan a formarse pequeños cristales en la
parte superior del frasco, donde el invisible y cálido vapor de
naftaleno se enfría y la atracción mutua entre las partículas de
naftaleno las junta en la disposición ordenada de un cristal.
Algunos cristales se agruparán en forma ramificada, como en una pluma,
lo que le recordará la escarcha en las ventanas. Puede que otros se
agrupen en forma de láminas muy delgadas que muestren colores de
interferencia cuando la luz se refleje en sus dos superficies, como en
una capa de aceite en agua o en una pompa de jabón (véase la sección
sobre el bismuto).
El naftaleno ni es soluble en agua ni en
alcohol. Si desea limpiar el interior del frasco, puede hacerlo con
limpiador de esmalte de uñas (que contiene acetona) o con benceno. Ambos
productos son muy inflamables y tóxicos, de manera que debe usarlos
únicamente en condiciones de buena ventilación y dejando el papel usado
para limpiar el frasco en un contenedor donde posteriormente no pueda
alcanzarle ningún fuego.
b. Qué hacer con los cristales
Las delgadas láminas de naftaleno son muy bonitas vistas con una lupa
entre polarizadores cruzados. Los colores que muestran algunos cristales
cuando están entre los polarizadores no se deben a la reflexión de la
luz por dos superficies próximas como en el caso de los colores tipo
pompa de jabón. Resultan del hecho de que, en el interior del cristal,
la luz se descompone en dos rayos que se desplazan a diferente
velocidad. Es la interferencia entre estos dos rayos la que produce los
colores.
c. ¿Qué se ha aprendido en esta sección?
Además del agua, también otras sustancias se pueden cristalizar a partir del estado gas.
D. Experimentos con luz polarizada
1. La naturaleza de la luz polarizada y formas de producirla
El concepto de luz que se utiliza en cada situación particular depende
de la situación. En lo que sigue, será conveniente pensar en la luz como
en un ente con propiedades ondulatorias, como una perturbación que se
desplaza hacia delante con un movimiento oscilante como el de las olas
del mar. Sin embargo, debemos pensar en unas ondas de luz de tamaño muy
pequeño, con una distancia de cresta a cresta de aproximadamente cinco
diezmilésimas de milímetro; es decir, una dosmilésima de milímetro (en
la cabeza de un alfiler caben, puestas en fila, ¡dos mil de estas
ondas!).
A diferencia de las olas del mar, las ondas de luz no
oscilan simplemente arriba y abajo. Oscilan de lado a lado en todas las
direcciones que forman ángulo recto con la dirección a lo largo de la
cual la luz está viajando. Sin embargo, es posible hacer pasar la luz a
través de algo que permita pasar únicamente luz que oscile en un
determinado plano. La luz que oscila en un único plano se denomina luz plano-polarizada o simplemente luz polarizada. El objeto que produce la polarización de la luz se denomina polarizador.
Existen varios tipos de polarizadores. Cualquier superficie lisa no
metálica que refleje la luz, la polariza parcialmente. La luz polarizada
que emerge de tal superficie oscila de forma paralela a ésta (y, desde
luego, siempre formando ángulo recto con la dirección a lo largo de la
cual la luz se desplaza). Probablemente el polarizador más conveniente
para el estudio de los cristales, tal como se describe en el presente
manual, sea el filtro polarizador (también llamado hoja polaroide o
simplemente polaroide). Una de las marcas que ha fabricado estos polarizadores durante muchos años es Polaroid, pero existen otras.
Un filtro de este tipo deja pasar la luz que oscila en una dirección
particular del plano del filtro. Se puede descubrir qué dirección es
ésta usando el polaroide para ver luz reflejada por una superficie lisa
no metálica, tal como el alféizar pintado de una ventana. Cuando el
alféizar se observe más oscuro, visto a través del filtro, la dirección
de oscilación permitida para la luz que pasa por el polaroide es
vertical, formando ángulo recto con el alféizar de la ventana.
2. Cristales entre polarizadores cruzados
Una forma conveniente de preparar dos polarizadores para examinar
cristales consiste en colocarlos uno a cada lado de una caja pequeña
sujetándolos a ella con una cinta de goma.
![[holding polarisers]](http://www.iucr.org/__data/assets/image/0006/15855/fig7.gif)
Las flechas dobles de la figura indican la dirección de oscilación
permitida para la luz que atraviesa cada polarizador. Cuando los
polarizadores están colocados de forma que una de esas direcciones forma
un ángulo recto con la otra se dice que están «cruzados». Si los
polarizadores fueran perfectos no podría pasar nada de luz a su través
cuando están cruzados. Sin saber cuál es la dirección permitida de cada
uno se pueden colocar en posición cruzada fácilmente sin más que colocar
uno tras otro y detectar la orientación para la cual se ve más oscuro.
Una discusión completa acerca de cristales bajo luz polarizada no es
adecuada para este manual. Se recomienda al lector acudir a la lista de
referencias del Apartado V.
A continuación, se recogen observaciones específicas referidas a los cristales que se mencionan en este manual.
Los cristales estudiados aquí se pueden dividir en dos grupos sobre la base de su apariencia entre polarizadores cruzados.
| Cristales que aparecen oscuros en cualquier posición |
| Cristales que aparecen iluminados en la mayoría de las orientaciones |
| sal común |
| bórax |
| alumbre |
| azúcar |
| sulfato de cobre |
| epsomita |
| hielo |
| salol |
| naftaleno |
Se encontrará que los cristales que aparecen iluminados en la mayoría
de las orientaciones se observan oscuros en algunas. Las agujas de
epsomita, por ejemplo, aparecen oscuras cuando sus aristas largas se
encuentran paralelas a la dirección permitida de uno cualquiera de los
polarizadores.
![[appearance in different orientations]](http://www.iucr.org/__data/assets/image/0007/15856/fig8.gif)
Todo cristal que aparezca iluminado entre polarizadores cruzados se
observará coloreado si es lo bastante estrecho. Cuando la luz pasa a
través de un cristal de este tipo se divide en dos haces que oscilan
perpendicularmente uno respecto del otro. Uno de ellos se desplaza a
mayor velocidad que el otro. Cuando ambos rayos abandonan el cristal y
atraviesan el segundo polarizador, interfieren entre sí de forma similar
a como hacen los rayos descritos en la sección sobre cristales de
bismuto. Aunque el origen de la interferencia es distinto en este caso,
los colores que se producen también se llaman colores de interferencia.
Los polarizadores son especialmente útiles para determinar si una
porción de materia consiste en un único cristal o en más de uno. Una
porción de hielo a medio fundir puede que no muestre separaciones a la
luz normal, pero entre polarizadores cruzados es posible que se
encuentre que una parte se aprecia oscura en una posición mientras que
otra parte se observa oscura en una posición distinta. Claramente, en
este caso, esa porción de hielo estará formada por dos cristales.
3. Hielo y mica
En la sección dedicada al hielo se describió una figura de
interferencia, una cruz negra sobre un fondo gris, que podía observarse
en condiciones favorables. No es fácil de ver. Se necesita una placa de
hielo de bastante espesor, con caras lisas, y una zona que aparezca
oscura en todas las orientaciones cuando la placa de hielo es paralela
al plano de los polarizadores.
Una figura de interferencia
distinta, con dos «ojos» en lugar de uno, se puede ver de manera similar
usando un trozo grande de mica entre polarizadores cruzados. El ojo del
observador debe colocarse tan próximo a la mica como sea posible. Como
la mica no daña los polarizadores, a diferencia de lo que ocurre con el
hielo húmedo, éstos se pueden mantener sujetos a la mica a ambos lados.
Si el conjunto completo se inclina de un lado a otro, a varios ángulos
de visión, se descubrirán los dos «ojos». Una discusión completa de las
figuras de interferencia se da en Crystals and Light, una de las referencias citadas en el Apartado V.
4. Disoluciones de azúcar
El hecho de que un cristal aparezca iluminado entre polarizadores
cruzados no significa que haga girar el plano de polarización de la luz
polarizada. Si el cristal se puede colocar en alguna posición en la cual
se observe oscuro, entonces no es ópticamente activo. Una
disolución de azúcar es ópticamente activa: hace girar el plano de
polarización de la luz polarizada. Esto significa que la dirección de
oscilación de la luz cambia de forma gradual a medida que la luz
atraviesa la disolución, como si fuera siguiendo un tornillo.
Si
la disolución de azúcar hiciera girar el plano de polarización la misma
cantidad para todos los colores, entonces uno simplemente podría girar
el polarizador más próximo a uno respecto al más alejado y la disolución
aparecería negra entre los polarizadores recién ajus-tados. Sin
embargo, el plano de polarización de cada color de la luz gira un ángulo
distinto para una longitud de camino dada a través de la disolución.
Por tanto, cuando se gira el polarizador más próximo a uno la cantidad
adecuada para que se encuentre «cruzado» res-pecto de un color, los
otros colores podrán atravesarlo. Con una fuente de luz que produzca un
único color se puede conseguir la oscuridad. Este experimento se puede
llevar a cabo fácilmente utilizando un trozo de vidrio o plástico rojo,
azul o amarillo a modo de filtro.
CRISTALES FUERA DEL AULA Y DE CASA
A. En museos
1. Muestras de rocas y minerales
La mayoría de los museos de ciencias naturales poseen ejemplares
etiquetados de rocas y minerales y algunos de ellos son muy hermosos.
Los minerales son cristales que surgen de forma natural en la
corteza terrestre. Una visita a un museo sería una buena introducción al
tipo de cristales que se pueden encontrar al aire libre.
2. El personal del museo (sugerencias para excursiones)
El personal que trabaja en el museo puede sugerir buenos lugares en
donde buscar cristales. Los cristales crecen habitualmente en las rocas
unos contra otros y forman divisiones irregulares, pero siguen siendo
cristales a pesar de todo. Debería explicarle al personal del museo que
usted no sólo desea recoger minerales en forma de roca, sin bellas y
brillantes caras, sino también los que adoptan las más perfectas formas
externas.
B. Al aire libre (excursiones)
Si
vive usted cerca de donde haya grandes concentraciones rocosas, podrá
tratar de distinguir si son rocas magmáticas (cristalizadas a partir del
fundido), rocas sedimentarias (arrastradas por el agua), o rocas
metamórficas (modificadas por el calor y la presión, aunque comenzaran
como una de las dos primeras).
1. Las rocas magmáticas,
que han enfriado lentamente, tienen grandes porciones de minerales en su
composición porque fueron pocos los cristales que comenzaron a crecer
en ellas al mismo tiempo, y cada uno de ellos pudo crecer hasta un
tamaño considerable antes de encontrarse con su vecino. Se formaron bajo
la superficie, en las profundidades (sin embargo, también se pueden
formar cristales gigantes en la superficie cuando fundidos ricos en agua
se inyectan sobre rocas superficiales produciéndose una cristalización
lenta debido a la gran cantidad de agua presente). Los minerales que
forman habitualmente este tipo de rocas son: cuarzo (gris, vidrioso, no
exfoliable), feldespato (rosa, blanco o gris; mate, exfoliable), mica
(incoloro, gris o negro; exfoliablidad perfecta, pelable en láminas),
marmatita o blenda ferrífera (negro, varillas cortas, leve
exfoliabilidad, pequeños granos). Cuando la roca fundida se enfría
rápidamente el granulado es mucho más fino, de forma que los minerales
son más difíciles de distinguir, aunque habitualmente se pueden
encontrar los mismos.
2. Las rocas sedimentarias se
forman cuando capas de fragmentos, depositados por las corrientes y los
ríos que los llevan al mar, se endurecen volviéndose roca. Estos
fragmentos provienen originariamente de las rocas magmáticas, luego
cabría esperar que los mismos minerales aparecieran otra vez. Sin
embargo, el feldespato y la mica se rompen fácilmente al ser trasladados
por los ríos y también se pueden descomponer químicamente. El cuarzo es
más duro y no es exfoliable, de modo que resiste mejor la abrasión.
También es resistente químicamente. Así que gana. El cuarzo es el
mineral más habitual en las rocas sedimentarias, piedra arenisca y
esquisto bituminoso (roca arcillosa de grano fino). Los ríos también
transportan materiales en disolución. Una de las sustancias más comunes
que se depositan a partir de la disolución es el carbonato cálcico.
Cuando se endurece formando una roca, generalmente adopta un textura muy
fina de color gris pálido, casi blanco. Se denomina piedra caliza. El
mineral que forma la piedra caliza se llama calcita. La calcita también
se deposita a partir del agua en forma de pequeñas vetas blancas sobre
varios tipos de roca. Se la identifica fácilmente por su perfecta
exfoliabilidad en las tres direcciones, lo que hace que se fragmente en
pequeños bloques. Las caras de los bloques no son rectangulares, como
las de la sal común, sino rómbicas (la forma de un paralelogramo).
3. Las rocas metamórficas
se forman tanto a partir de las rocas magmáticas como de las
sedimentarias por la acción del calor y de la presión, en el interior de
la Tierra, a veces ayudadas por disoluciones de diversas sustancias que
migran a través de las rocas. Cuando se produce la metamorfosis de la
piedra caliza resulta el mármol. Los cristales de calcita se hacen
mayores, creciendo unos a expensas de otros. La metamorfosis del
esquisto bituminoso produce pizarra. La subsiguiente metamorfosis de la
pizarra produce esquisto común, una roca llena de mica que reluce a la
luz del sol.
4. Cantos rodados, guijarros y arena. Si
usted vive en una zona en donde no hay grandes concentraciones de rocas
que pueda usar para su estudio, recoja algunas pequeñas piedras que
pueda encontrar. Con frecuencia, suelen estar sucias por su parte
exterior y sus superficies han sido modificadas por la climatología.
Rómpalas para localizar una superficie nueva. Salvo que viva usted al
lado de un volcán, todas las muestras que encuentre serán cristalinas;
esto es, estarán compuestas completamente por cristales, aunque éstos
pueden ser pequeños y tener divisiones irregulares.
Dar nombre a
las fracciones de mineral de una roca es sólo una parte del placer del
estudio de las rocas, y no tan significativo como examinar las
relaciones entre ellas. Es posible que pueda decir si la roca es
magmática, sedimentaria o metamórfica. Si se trata de una roca
magmática, trate de determinar qué fracciones de mineral cristalizaron
en primer lugar, con los otros cristalizados alrededor de aquéllos en el
espacio que dejaron libre.
5. El hielo es un sólido
cristalino que se forma de manera natural, sin intervención humana, de
forma que se le puede llamar mineral con propiedad. La escarcha en el
vidrio de una ventana se parece a los cristales con forma de hoja del
naftaleno. En ocasiones un carámbano está formado casi exclusivamente
por un único cristal de hielo. ¡Examine uno transparente entre
polarizadores cruzados!
Probablemente el más bello de todos los
cristales naturales es el que hemos dejado para el final: el copo de
nieve. Si vive usted donde nieva, lleve consigo su lupa cuando esté
cayendo una nieve fina. Cada copo puede ser un solo cristal (los copos
grandes son conglomerados de muchos cristales). La variedad de patrones
en los copos de nieve ha sido una fuente de admiración y deleite para
todos los que han disfrutado observando la naturaleza a su alrededor.
Probablemente esta variedad se debe al hecho de que el hábito de
crecimiento de un cristalito de hielo en muy sensible a pequeños cambios
en la humedad y en la temperatura. El gran estudioso de los copos de
nieve, Ukichiro Nakaya, descubrió que podía producir a voluntad varios
tipos de patrones de crecimiento en el laboratorio controlando las
condiciones de humedad y temperatura bajo las que crecían los cristales
de hielo. En la turbulencia de una tormenta de nieve, cada cristal
experimenta muchos cambios en estas condiciones durante su periodo de
crecimiento. Dos cristales que hayan estado creciendo bajo las mismas
condiciones durante unos pocos segundos pronto se verán lanzados en
direcciones muy alejadas y continuarán su crecimiento bajo condiciones
diferentes. Con un entorno tan cambiante y tan extrema sensibilidad a
las condiciones externas, bien se puede esperar tal variedad de formas
de intrincada belleza.
C. En tiendas y grandes almacenes
![[Igneous rock]](http://www.iucr.org/__data/assets/image/0020/15860/p61.gif)
Roca magmática pulida mostrando feldespato blanco, cuarzo gris y mica negra.
1. Decoración de edificios y mostradores
Muchos grandes almacenes utilizan roca pulida para adornar los
exteriores de sus edificios y, a veces, también los interiores. Dichas
superficies pulidas están cortadas a través de los cristales de los que
está hecha la roca. Fácilmente se puede trazar la frontera entre un
cristal y el siguiente, así como distinguir los tramos pertenecientes a
un cristal de los de otro. Normalmente la roca está formada a partir de
no más de tres minerales, en ocasiones de sólo uno. El mármol (piedra
caliza metamorfoseada) está compuesto casi totalmente por el mineral
calcita. Sin embargo, el mármol más apreciado que se utiliza para
decoración suele tener incrustaciones de otras sustancias que le
producen vetas de color que se añaden a su efecto decorativo.
Si
se da la circunstancia de que la superficie pulida corta un cristal con
una orientación que no difiere mucho de la de sus planos de
exfoliación, el cristal reflejará intensamente la luz del sol si uno se
sitúa en un ángulo favorable. Busque los brillantes planos de
exfoliación de los cristales mientras camina junto al adorno de roca
pulida de un edificio. Toda aquella parte que refleje la luz el mismo
ángulo (que se observe brillante mientras usted permanece en un
determinado lugar) pertenece a un único cristal.
2. Joyerías
Casi todas las gemas son monocristales. Algunas excepciones son el jade
y el ojo de gato, que son policristalinas, y el ópalo, que no es
cristalino en absoluto. La mayoría de las gemas se cortan con
superficies de muchas caras, tanto en la parte superior como en la
inferior. La luz se refleja en las facetas superiores, pero también se
introduce en la gema y se refleja de nuevo en las superficies
inferiores. Esto es lo que le da a la gema su brillo y, por eso, se pone
mucho cuidado en cortar las pequeñas superficies a los ángulos más
favorables para conseguirlo.
3. Farmacias y boticas
Varias de las sustancias mencionadas en este manual están disponibles
en las farmacias. Si le comenta al dependiente su interés en hacer
crecer cristales es posible que él pueda proporcionarle otras. Asegúrese
de preguntar si existe algún peligro a la hora de manipular las
sustancias.
REFERENCIAS PARA LECTURAS ADICIONALES
La experiencia adquirida con cristales que ha hecho crecer usted mismo o
que ha encontrado en rocas puede haber incrementado su curiosidad sobre
ellos. Se han escrito cientos de libros sobre el tema de la
cristalografía y puede que le interese buscarlos en su biblioteca. Pero
un neófito, a menudo, se ve desbordado si se le proporciona demasiada
información de una sola vez. La lista que se muestra a continuación
incluye un libro sobre crecimiento de cristales, uno sobre rocas y
minerales, y otro sobre cristales entre polarizadores cruzados. Los tres
contienen información acerca de la simetría externa de los cristales
perfectamente formados, una simetría que es el resultado de su ordenada
estructura interna. Todo cristal posee ese ordenamiento y, para que lo
muestre, usted podrá conseguir, en la mayoría de los casos, las
condiciones más favorables en las que puedan crecer sus bellas formas
con caras pulidas y brillantes.
Referencias
1. Holden, A. y Singer, P., Crystals and Crystal Growing, Doubleday-Anchor, Garden City, NY, USA, 1960 (existe una edición más reciente: Holden, A. y Phylis, M., Crystals and Crystal Growing, MIT Press, Massachusetts, USA, 1993).
2. Pough, F. H., Field Guide to Rocks and Minerals, Houghton Mifflin, Boston, USA, 1960.
3. Wood, E. A., Crystals and Light, an Introduction to Optical Crystallography, Van Nostrand, Princeton, NJ, USA, 1964 (1a edición). Reimpreso (1977) por Dover, New York.
Agradecimiento
Deseo agradecer especialmente a Jovanka Kink por la revisión y corrección del manual original (Junio 1993).
(Fuente)
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