Resumen

Pregunta de Investigación

Planteamiento del Problema

El propósito de este proyecto es proporcionarles  una cierta base sobre el conocimiento de los cristales de manera que puedan disfrutar trabajar con diferentes materiales para observar su crecimiento  en un determinado tiempo y cual va siendo su transformación y darles la forma deseada para poder decorar algún lugar de nuestra casa o deseado.

Antecedentes

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 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.

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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.

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.

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.

Cristales en diversos legares.

1. En museos
2. 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.

1. 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 sedimentariasse 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 metamórficasse 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 hieloes 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.

1. En tiendas y grandes almacenes

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.

Objetivo

Elaborar cristales con sustancias químicas de forma casera.

Justificación

Hipótesis

Si logro mezclar diferentes sustancias químicas entonces podre obtener cristales decorativos de distintos colores.

Método (materiales y procedimiento)

Galería Método

Resultados

¿Qué paso?

Al momento de hacer la mezcla de agua caliente, producto químico  y el colorante solo se observa como agua pintada no hay una reacción inmediata solo se ve una mezcla  espesa y nebulosa o del color

¿Cómo paso?

Después de un tiempo a aproximado de 8 a diez hora e incluso en algunos se requiere de mas tiempo, los químicos empiezan a evaporarse y añadiéndose al limpiapipas

¿Qué obtuviste?

Logramos observar que por la temperatura del agua se va evaporando con forme se va enfriando  y de esta manera se van formando nuestros cristales.

Galería Resultados

Discusión

Conclusiones

Bibliografía

Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Method Gallery

Results

Results Gallery

Discussion

Conclusions

Bibliography