Grupo de La Silice - Docxerika

 

GRUPO DE LA SILICE

El dióxido de silicio presenta una gran variedad de fases cristalinas, siendo las más importantes: CUARZO, TRIDIMITA, CRISTOBALITA, CRISTOBALITA, COESITA y STISHOVITA, como fases cristalinas que aparecen en la naturaleza. Sin embargo, se han podido distinguir hasta 22 diferentes fases condensadas, 5 de ellas amorfas, entre las que merecen destacarse el OPALO y la LECHATELIERITA. Los tres minerales son un ejemplo típico de "POLIMORFOS ENANTIOTROPOS", ENANTIOTROPOS", cada uno con un campo de estabilidad propio. El paso de un polimorfo a otro es reversible a unas condiciones de P y T dadas. TRANSFORMACIONES

Se conocen 7 variedades del compuesto SiO 2: cuarzo α, β, tridimita α, β , cristobalita α, β y sílice amorf a. a. Las variedades se transforman unas en otras por acción del calor a determinadas temperaturas, siguiendo la ley de Ostwald: “La transformación de una fase en otra estable no sobreviene directamente sino que se forma siempre la fase menos estable, después la menos inestable y finalmente la estable”. 

Las transformaciones están en dependencia con el desarrollo de la superficie y de la temperatura; son muy lentas y pueden ser aceleradas por catalizadores: óxidos, especialmente alcalinos las transformaciones suceden como sigue:

 

Las transformaciones de una especie en otra, presentan las siguientes características:

  Las transformaciones son casi siempre lentas y generalmente irreversibles.

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  A veces no se obtienen solo con la temperatura.

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Las transformaciones pueden facilitarse mediante materiales extraños. La acción catalizadora de tales materiales pueden explicarse como sigue: debilitan el cristal de cuarzo con una especie de ataque de los enlaces entre los átomos; estos después se reagrupan en la posición de equilibrio estable correspondiente a la temperatura a que se encuentran. Por ejemplo, calentando cuarzo a 1400°C se forma primero la cristobalita, después la tridimita, cuya fase estable va de 867°C a 1470°C. El paso de cuarzo a tridimita y cristobalita conlleva un aumento de volumen de cerca del 17% (linealmente 6%), mientras entre tridimita y cristobalita no existen variaciones de volumen apreciables. Cuarzo α es la forma del cuarzo que se encuentra en l a naturaleza, es romboédrica,

cuarzo β es la forma de cua rzo estable por encima de 575°C, es hexagonal. A partir de 1460 °C el cuarzo β comienza a perder su estructura transform transformándose ándose en cristobalita o en

sílice amorfa. La transformación del cuarzo α en β es instantánea a temperatura e xacta acompañada de un aumento de volumen (0.8%). De hecho la curva de dilatación del cuarzo tiene a tal temperatura (575°C) un brusco incremento.

 

El cuarzo es un mineral óxido, compuesto de dióxido de silicio (también llamado sílice, SiO2). No es susceptible de exfoliación, porque cristaliza en el sistema trigonal. Incoloro en estado puro, puede adoptar numerosas tonalidades si lleva impurezas (alocromático).. Su dureza es tal que puede rayar los aceros comunes. (alocromático) Raya de color blanco. Brillo vítreo. Opaca a transparente. Color violeta, pardo, incoloro, gris, amarillo. Cristales >3mm, hexagonal, masiva, microcristalina m icrocristalina 3

Dureza 7. Densidad 2,63 g/cm .

La tridimita es muy rara en la naturaleza; se forma muy frecuentemente en los refractarios silíceos. Su forma estable es de 870°C a 1470°C. La tridimita α es ortorrómbica, mientras las otras dos formas son hexagonales. El paso de tridimita α a la la β

conlleva un aumento de volumen del 0,15 %, mientras de la β a la γ el aumento de volumen es del 0.2 %.

Raya de color blanco. Brillo vítreo. Transparente. Color incoloro, gris, blanco, blanco amarillento. Dureza 6½ a 7. Densidad 2,30 g/cm

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Sistema triclínico

La cristobalita también es de muy rara su presencia en la naturaleza; la cristobalita es muy frecuente en los refractarios silíceos y como defecto, en productos de vidrio. Tiene

 

la forma estable hasta el punto de fusión (1713 °C), cuando se transforma en sílice vítrea. La cristobalita tiene una curva de dilatación con un brusco aumento a los 230°C de cerca del 50% mayor que el de la tridimita.

Raya de color blanco. Brillo vítreo. Translúcida. Color pardo, gris, gris azul, blanco, amarillo. Dureza 6½. Densidad 2,27 g/cm3.

Sistema tetragonal. 

El aumento del volumen por causa de la transformación de la cristobalita α en β, varia del 3% al 7%, aumento enorme, que puede ser dañino para los materiales que los contienen. La sílice vítrea es la sílice que, fundida a alta temperatura posee una gran viscosidad, y enfriándola mantiene su naturaleza amorfa, dando el vidrio de sílice. síl ice. Dado el bajo coeficiente de dilatación dil atación puede soportar sin roturas fuertes cambios de temperatura. te mperatura. La estructura de la sílice vítrea fue considerada en el pasado como material amorfo. Se explica por los “retículos irregulares”. Es decir, los tetraedros (SiO4)-4 existen siempre

pero son irregulares los enlaces Si-O que no se presentan con ángulos constantes, sino orientados en direcciones variables

 

ESTRUCTURAS

Los tres polimorfos de la sílice están formados por tetraedros de 4 oxígenos dispuestos alrededor de un átomo central de Si. Estos tetraedros Si-O se enlazan formando una red tridimensional en la que el tipo de unión es distinto en las tres fases; de aquí las diferencias en sus estructuras cristalinas y en sus propiedades. En la Cristobalita y Tridimita los tetraedros están verticalmente por encima el uno del otro, así que la estructura puede considerarse como edificada por apilamiento de láminas de tetraedros. En la CRISTOBALITA β cada lámina está rotada 120º con respecto a la lámina

inferior, así que la misma orientación en los l os tetraedros aparece cada tres láminas y la disposición resultante tiene una celdilla CUBICA (Tetragonal en la α).

En la TRIDIMITA β, los tetraedros de sucesivas láminas están situados como

imágenes especulares unos sobre otros, y la estructura es HEXAGONAL (rómbica en l a α). Los ejes ternarios de los tetraedros son paralelos al eje c del cristal. Fig.2 y Fig.3

 

 

 

En el CUARZO β los ejes binarios de los tetraedros son paralelos al eje

cristalográfico principal y la estructura es HEXAGONAL, HEXAGONAL, con el grupo espacial antes mencionado (Cuarzo α es trigonal). 

 

En la Cristobalita y Tridimita la línea que une los centros de los tetraedros adyacentes pasa a través de un vértice común, así que los átomos de Si-O caen en una línea recta. En el cuarzo forman un ángulo obtuso en el vértice en que ellos hacen contacto.

DIAGRAMAS DE FASE

A presión atmosférica, la forma estable es el cuarzo hasta los 867ºC, la tridimita entre los 867ºC y los 1470º y la cristobalita desde esta T hasta la de fusión (1713ºC). Desde la T de fusión hasta el punto de ebullición, la fase f ase estable es un líquido de composición SiO2. La diferencia de densidad, relativamente grande, entre los tres polimorfos indica que la presión tiene un efecto marcadísimo sobre las T de inversión, consecuencia de ello es la pronunciada pendiente que existe entre las líneas que limitan los campos de estabilidad de los tres polimorfos, o incluso la imposibilidad de aparición de un determinado polimorfo por encima de unos límites de presión. Las fases más densas son las más estables a alta P, por este orden: cuarzo, cristobalita, tridimita.

 

  DENSIDADES

Cuarzo: 2,65 g/cc, cristobalita: 2,32 g/cc, tridimita: 2,26 g/cc, lechatelierita: 2

2,20g/cc. Incluso a altas presiones (por encima de 5000 Kg/cm ) se puede llegar a un paso directo de cuarzo a sílice fundida. La tridimita no es estable por encima de los 3000Kg/cm2, ni la cristobalita por encima de los 5000 Kg/cm2. Estos hechos de carácter termodinámico justifican la ausencia de cristobalita y tridimita tridi mita en rocas plutónicas, incluso en las que han cristalizado a T muy altas, ya que en la corteza terrestre estas presiones se encuentran a profundidades profundidades no muy grandes. Sin embargo, el equilibrio entre los tres polimorfos se modifica de un modo profundo con la presencia de impurezas.

 

AMBIENTES GENÉTICOS DE FORMACIÓN

• En rocas ígneas ácidas, constituyente mayoritario, mayoritario, presente en granitos, granodioritas,

riolitas, y pegmatitas como producto de la cristalización de magmas evolucionados. • En rocas ígneas de acidez intermedia < 5 %. La presencia de cuarzo, es incompatible con

la de feldespatoides o de olivino, por lo que no está presente en rocas ígneas subsaturadas. • Común en rocas metamórficas y metasomáticas como filitas, esquistos, cuarcitas, o

granulitas máficas. • Por su resistencia a la corrosión física y química, así como su baja solubilidad en agua, el

cuarzo es uno de los principales constituyentes detríticos en rocas sedimentarias • Cuarzo como mineral principal en la ganga de venas hidrotermales.