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CALCANTITA

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Universidad del Perú, DECANA DE AMÉRICA FACULTAD DE INGENIERÍA GEOLÓGICA, MINERA, METALÚRGICA Y GEOGRÁFICA

E.A.P. INGENIERÍA GEOLÓGICA

PRE-INFORME DE CRISTALIZACIÓN - CALCANTITA

DOCENTE : ALUMNOS :

AÑO

:

Ciudad Universitaria, 4 de abril del 2018

CALCANTITA ÍNDICE 1. Resumen.................................................................................................... 3 2. Introducción ............................................................................................ 4 3. Objetivos…………………………………………………………………….....5 a) Objetivos Generales b) Objetivos Específicos 4. Calcantita .................................................................................................. 6 5. Principios Teóricos ............................................................................... 7 6. Posibles recetas...................................................................................... 8 7. Recomendaciones ................................................................................. 11 8. Bibliografía ............................................................................................... 13

1.

RESUMEN

CALCANTITA

 Esta experiencia tiene como objetivo conocer el proceso de cristalización que se da en la naturaleza, trabajando con el sulfato de cobre y cuya cristalización puede realizarse en casa.  Se realizará la cristalización del Sulfato de Cobre Pentahidratado, cuya solubilidad intermedia en agua (alrededor de 20g/100mL), permitirá realizar con mayor facilidad el experimento, se busca conseguir un gran monocristal muy bien cristalizado de unos 6 cm, al cabo de 2 días de inmersión.  Se pudo observar las formas del sistema triclínico en el cual cristaliza el sulfato de cobre.

CALCANTITA

2.

INTRODUCCIÓN

Los cristales se forman a partir de disoluciones, fundidos y vapores. Los átomos de estos estados desordenados tienen una disposición al azar, pero al cambiar de temperatura, presión y concentración, pueden agruparse en una disposición ordenada característica del estado cristalino. Variando las condiciones de presión y temperatura de una disolución de la sal o compuesto que queremos cristalizar, podemos lograr variar los valores de solubilidad, y conseguir que se lleve a cabo la cristalización, de forma espontánea, ya que los cristales pueden formarse a partir de una solución por descenso de la temperatura o de la presión. Es por esto que para esta experiencia se deben de conocer muy bien los conceptos de solubilidad, saturación de una solución, sobresaturación, y también los principios termodinámicos y fisicoquímicos que intervienen en el proceso. Para obtener un cristal a partir de una disolución es necesario que esta disolución esté sobresaturada de la sal en cuestión, esto es, que la concentración de la sal en la disolución sea mayor que la de equilibrio para esa temperatura. Por tanto, se debe preparar una disolución sobresaturada de CuSO4·5H2O (Sulfato de cobre pentahidratado).

CALCANTITA

3. 

OBJETIVOS

OBJETIVOS GENERALES Generar cristales de sulfato de cobre (calcantita) de forma artificial para demostrar las propiedades físicas del mismo.



OBJETIVOS ESPECÍFICOS Justificar de forma detallada el procedimiento realizado para la obtención del mineral calcantita. Analizar los resultados finales de los cristales y describir los parámetros de acuerdo a la forma en que están presentados.

CALCANTITA

4.

CALCANTITA (CuS𝑂4 .5𝐻2 O)

La calcantita es un Sulfato de Cobre muy soluble en agua. Se trata de un mineral secundario que se forma en climas muy secos o en zonas de rápida oxidación de yacimientos de cobre. Por lo general se trata de un mineral de formación de post-minería, que se forma en las paredes de las minas y por la acción de aguas superficiales ácidas sobre las venas de cobre. Es un mineral del grupo VI (sulfatos) según la clasificación de Strunz. PROPIEDADES FÍSICAS Lustre Transparencia Color Raya Dureza (Mohs) Tenacidad Clivaje Fractura Densidad

: : : : : : : : :

Vítreo, Resinoso Transparente, Traslucido Azul claro a oscuro; se decolora a azul pálido a la luz. Blanca 2½ Quebradizo Imperfecto Concoidea 2.282 g/cm3

PROPIEDADES CRISTALOGRÁFICAS Sistema Cristalográfico: Triclínico Clase (H-M): 1 – Pinacoidal Grupo Espacial: P1 Morfología: Prismático, Tabular. Cristales desarrollados al natural son muy raros.

CALCANTITA

5. PRINCIPIOS TEÓRICOS 5.1 CRISTALOGRAFÍA Sistema Cristalino: Triclínico. Clase de Simetría: Pinacoidal. FÓRMULAS POR CELDA: 2. PARÁMETROS DE CELDA: a: 6.10. b: 10.72. c: 5.95. α: 97º 57'. β: 107º 28'. γ: 77º 43'.

5.2

SISTEMA TRICLÍNICO

El sistema triclínico es el que menos simetría posee. Todas las formas son pinacoides (es decir, son pares de caras paralelas en sitios opuestos del cristal) o pediones (caras simples, sin caras similares en el resto del cristal). Los ejes se inclinan en tres direcciones y los cristales tienen ausencia de ángulos rectos entre caras y en sus esquinas. Sin embargo, a veces los ángulos son casi rectos y los cristales pueden confundirse con ortorrómbicos. También forma a veces cristales casi hexagonales, que pueden confundirse con los del sistema hexagonal y forman pseudo-cubos. Las formas holóedricas poseen, como único elemento de simetría, el centro. Los ejes cristalográficos se eligen paralelos a tres aristas oblicuas concurrentes en un vértice y se denominan como en el sistema rómbico.

El sistema consta de las clases: 

Pedial: Se caracteriza cristal con un eje de plegado. Este cristal clase tiene cara diferente en cada lado. No existe una simetría en esta clase. Ésta es rara, porque la mayoría de los minerales tienen al menos dos caras.  {100}, {010}, {001}  {0kl}, {0kl}, {h0l}, {h0l}, {hk0}, {hk0}  {hkl}, {hkl}, {hkl}, {hkl}

CALCANTITA 

Pinacoidal: En la clase pinacoidal, el cristal tiene una simetría solo por el centro y dos laterales. Cuando las caras se sientan de esta manera, muchos se refieren a este cristal como pinacoides. Algunos minerales en esta clase incluyen wollastonita, plagioclasas y turquesa.  {hkl}, {0kl},{h0l},{hk0},{h00},{0k0},{00l}

5.3 CARACTERÍSTICAS

Hábito

Sistema de Cristalización Color Raya Brillo Diafanidad Exfoliación Tenacidad Fractura Dureza Peso Específico

Los cristales son prismáticos cortos o tabulares. Agregados fibrosos y granulares. Generalmente se presenta en incrustaciones, eflorescencias o en masas estalactíticas o reniformes. Triclínico Azul intenso a azul celeste, a veces con tonos verdosos. Incolora o blanca Vítreo a graso Transparente a translúcido Perfecta a imperfecta Frágil Concoidea 2.5 Mohs 2.12- 2.30. (pura 2.28).g/cm3

5.4 PROPIEDADES QUÍMICAS     

Fórmula química: CuSO4. 5H2O Clase: Sulfatos Composición química: Contiene 31.40% de CuO, 32.13% de SO3, 0.76% de Fe2O3 y 35.90% de H2O. Mineral soluble en agua. Génesis: Producto de alteración de calcopirita y otros minerales de cobre. Fusibilidad: Pierde 4 moléculas de agua a 100ºC y la quinta a 150ºC. Funde en su agua de cristalización.

CALCANTITA 5.5

PROPIEDADES ÓPTICAS     

5.6

Carácter: Anisótropo. Figura de Interferencia: Biáxica. Signo Óptico: Negativo. 2V: 56º. ÍNDICES DE REFRACCIÓN:  n1: 1.514 - 1.516.  n2: 1.537 - 1.539.  n3: 1.537 - 1.539.

OTRAS CARACTERÍSTICAS     



Impurezas: Hierro (sustituye al cobre), cinc, cobalto, magnesio, calcio y sílice. Solubilidad: Muy soluble en agua, dando solución azul. Frecuencia: Común. Paragénesis: Melanterita, epsomita, goslarita, yeso, brochantita,... Caracterización: Pierde color al calentar, el cual se recupera al humedecer. A alta temperatura se descompone en óxido cúprico y SO3. Al sumergir una punta de hierro en la disolución, se recubre lentamente de cobre metálico. Observaciones: Ya era conocida en la Antigüedad como lo revelan algunos escritos griegos y romanos, los cuales ya obtenían cobre a partir de las soluciones añadiendo hierro. También conocida como Piedra Lipis, Vitriolo Azul, Caparrosa Azul, Cianosa.

CALCANTITA 5.7 ORIGEN Y YACIMIENTOS DE LA CALCANTITA Mineral secundario, producto de alteración de calcopirita y otros minerales de cobre por acción del agua. Como se trata de un mineral muy soluble en agua, es por lo que los principales yacimientos se encuentran en zonas áridas de planeta, formando cristales que recubren la superficie de otros minerales. La calcantita se forma en las partes oxidas de los filones de sulfatos de cobre. Esta oxidación se debe generalmente a las aguas que circulan desde la superficie y que han tenido su origen en las lluvias (meteóricas). Se presenta formando estalactitas de hasta un metro de longitud en Bisbee, Arizona, Estados Unidos y en Ríotinto (Huelva), España. Otros yacimientos de interés están en Chuquicamata (Chile); en Rupelo, Villaespasa y Campolara (Burgos); en Cerro Minado (Murcia) y en San Felíu de Buxalleu (Gerona). En Chuquicamata y El Teniente en Chile, existen grandes masas fibrosas y se extraen como un mineral de cobre. Un depósito grande también existe en Minas de Riotinto, Andalucía, España. También viene de la mina de Sao Domingos, Portugal,

y Lubin,Legnics, Polonia. Grandes costras botrioidales se encontraron en Tsumeb, Namibia. En los EE.UU., la localidad más importante de especímenes es la mina Planet, La Paz Co., Arizona.

CALCANTITA 5.8 APLICACIONES EN LA INDUSTRIA

AGRICULTURA 5.8.1 Fungicida cúprico. 5.8.2 Nutriente de plantas. Abonos 5.8.3 Corrección de deficiencia de cobre en suelos. Fertilizante 5.8.4 Alguicida para balsas de riego.

TRATAMIENTO DE AGUAS 5.8.5 Control de algas en estanques, depósitos y piscinas. 5.8.6 Tratamiento químico de aguas.

GANADERÍA 5.8.7 Complemento nutritivo en alimentación de animales de granja. 5.8.8 Estimulante de crecimiento para el engorde de porcinos y pollos de granja. 5.8.9 Desinfectante y preventivo de bacterias en animales de granja. 5.8.10 Antiséptico y germicida en infecciones por hongos.

MINERÍA 5.8.11 Obtención por flotación de Plomo, Zinc y Cobalto.

METALURGIA 5.8.12 En solución para baños galvánicos. 5.8.13 En la producción de circuitos impresos de cobre. Baterías eléctricas. 5.8.14 Obtención de cátodos de cobre.

OTRAS INDUSTRIAS 5.8.15 Micronutriente mineral y catalizador cúprico en la producción de productos farmacéuticos como agentes anti-microbianos. 5.8.16 5.8.17 5.8.18 5.8.19 5.8.20

En la producción de colorantes y pigmentos. Industria del cuero y cerámica. Mordientes textiles. En la producción de preservantes de madera. En la producción de vidrios y espejos. Industria del petróleo.

CALCANTITA 

SOLIDO CRISTALINO

Los sólidos pueden ser cristalinos o amorfos. En un sólido cristalino, los átomos, iones o moléculas están ordenados en disposiciones bien definidas. Estos sólidos suelen tener superficies planas o caras que forman ángulos definidos entre sí. Las filas ordenadas de partículas que producen estas caras también hacen que los sólidos tengan formas muy regulares.

Comparaciones esquemáticas de a) SiO2 cristalino (cuarzo) y b) SiO2 amorfo (vidrio volcánico). Fuente: Theodore L. Brown, Química La Ciencia Central, Figura 11.30



CRISTALIZACIÓN

Los cristales surgen de los cambios de estado, es decir cuando un cuerpo pasa de un estado a otro. También se le conoce como cambio de fase. Se pueden indicar las siguientes mutaciones fundamentales que originan a la sustancia cristalina: a) Cristalización por Fusión o disolución: Se trata del paso del estado líquido al sólido. b) Cristalización por Sublimación: Paso del estado gaseoso al sólido. c) Recristalización: Paso de un estado sólido a otro. Los tres casos indicados de formación de la sustancia cristalina no están, ni mucho menos, igualmente difundidos; el primer caso se observa con mucha más frecuencia que el segundo y el tercero.

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SOLUCIÓN SATURADA Y SOBRESATURADA

Una solución saturada es la que contiene la mayor concentración de soluto posible en un volumen de disolvente dado y para cierta temperatura. Una solución sobresaturada contiene más soluto del que puede ser disuelto en el disolvente a esa temperatura; normalmente se consigue al bajar la temperatura o por evaporación del disolvente en una solución saturada. En este caso, la adición de cristales de soluto puede provocar su precipitado.



NÚCLEO DE CRISTALIZACIÓN O GERMEN CRISTALINO

Se denomina al cristal microscópico que se haya en equilibrio con la solución sobresaturada, esto quiere decir que este pequeño cristal no va a disolverse, ya que el solvente no acepta más cantidad de soluto, y por el contrario, va a comenzar a crecer recibiendo a los iones para que la solución mantenga su sobresaturación más o menos constante. Utilizamos un germen cristalino para poder conseguir cristales más grandes basándonos en los conceptos descritos anteriormente.

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6.

POSIBLES RECETAS

RECETA 1 Sulfato de cobre: Moler la sustancia hasta obtener un polvo fino (para acelerar la disolución). En un frasco de vidrio (como los utilizados para mermeladas, café instantáneo, etc.) verter unas 8 cucharadas rasas de sulfato de cobre molido (aprox. 70 u 80 g) y medio vaso de agua (aprox. 100 ml). Colocar el frasco dentro de una olla o lata con agua y calentar a ebullición (baño de María), manteniendo unos 15 a 20 minutos. La sal se disolverá hasta que la solución esté saturada, quedando un resto de sal sin disolver. Cuidando de no quemarse los dedos, filtrar la solución en caliente a través de un trozo de algodón, tela fina o papel de filtro para café, a otro frasco limpio. Dejar reposar la solución límpida en el frasco tapado con un papel en un rincón tranquilo. Al poco tiempo (horas o días, según el grado de saturación de la solución) comenzarán a formarse pequeños cristales azules, que irán creciendo con el correr de los días, alcanzado algunos cm de longitud. Como mejorar el crecimiento de los cristales: Para obtener cristales más perfectos, atar un cristalito con un hilo fino o un cabello y suspenderlo en el seno de una solución saturada y fría. El cristal crecerá lentamente, mostrando caras y ángulos bien definidos. Si se sumerge un hilo de algodón en la solución saturada (dejando un extremo en el borde del frasco) se formará una cadena de cristalitos a lo largo del mismo.

RECETA 2 Materiales necesarios: Cápsula Petri, Vaso de precipitados, Sulfato de cobre sólido, Acetona DESARROLLO DE LA PRÁCTICA Preparación de la disolución 1. En un vaso de precipitados ponemos unos 50 ml de agua y añadimos unos 50g de sulfato de cobre, hasta que no pueda disolverse más.

CALCANTITA 2. Vertemos en unas gotas de esta disolución saturada en el fondo de una cápsula Petri. Mejor que no llegue a cubrir por completo el fondo. Introducimos un trozo de hilo de forma que sobresalga por ambos lados. Formación de los cristales 1. Añadiendo una gota de acetona a la disolución, se observa que empiezan a formarse cristales de la sal disuelta alrededor del hilo. 2. Con mayor cantidad de disolución en la cápsula y añadiendo más acetona evapora parte del agua y produce la precipitación de la sal. De esta forma se puede ver como al añadir más acetona se evapora más rápidamente la disolución de la sal y se acelera la cristalización.

RECETA 3 5. Sulfato de cobre (vitriolo azul, CuSO4.5H2O) en agua 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.

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7. RECOMENDACIONES 

Tomar mucho en cuenta las medidas de soluto y solución que hay que agregar, ya que de esto depende el éxito en la generación del cristal.



Usar preferentemente agua destilada, debido a que ésta presenta menos iones en su composición.



La dilución del sulfato de cobre en el agua debe realizarse de poco en poco, para poder ver cuando la solución llega a saturarse, y posterior a eso sobresaturarse.



Se debe tener cuidado de que el agua destilada no hierva, ya que la solución estaría demasiado sobresaturada y la cristalización no podría llevarse a cabo de forma correcta.



Llevar a cabo el procedimiento en un lugar libre de polvo, para que estas partículas no se incorporen en la solución de sulfato de cobre, lo que podría afectar la cristalización del cristal.



Enjuagar los instrumentos a utilizar con agua destilada, con la finalidad de remover partículas, iones u otros cuerpos que perjudiquen el proceso de formación del cristal.



Respetar los intervalos de 5 horas y mantener la solución sobresaturada, para que el cristal ya formado no se disuelva, retrasando el proceso de cristalización.



Utilizar de preferencia alambre de cobre, de tal forma que los cristales de calcantita puedan adherirse a éste fácilmente.



Filtrar la solución para evitar impurezas en la formación de los cristales.



Debemos mantener el cristal en un ambiente fresco y seco, ya que al entrar en contacto con el agua, provocaría que el mineral pierda importantes propiedades físicas y químicas.



Para que la saturación de la disolución se mantenga, cada vez que se formen precipitados, es mejor calentar la mezcla para disolverlos y así mantener la saturación en la disolución y, así no se formen cristales muy pequeños.

8. BIBLIOGRAFÍA

[1] Collings G.H. (1969). Fertilizantes comerciales. Sus fuentes y usos. Edición Cubana - Revolución. La Habana: Instituto del Libro. Cuba.

[2] Heredia Ávalos, S. (2006). Experimentos de Química Recreativa con Sulfato de Cobre pentahidratado. Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias, 3(3), pp. 467-484. Recuperado de: http://www.apaceureka.org/revista/Volumen3/Numero_3_3/Heredia_2006b.pdf

[3] Manual de Identificación Rocas y Minerales por Chris Pellant [4] Rodríguez, A. (s.f.). Calcantita. La enciclopedia de materiales. Recuperado de: http://www.materialesde.com/calcantita/

[5] Merino, Francisco (2010). Minerales y Rocas: Calcantita. España. Recuperado de: http://www.redjaen.es/francis/?m=c&o=25266

[6] Amerissis, Agathe (2016). Mineral Calcantita. Universidad Nacional de Trujillo. Perú. Recuperado de: https://es.scribd.com/document/326522636/MineralCalcantita

7. Bibliografía 

Theodore L. Brown; Química: La Ciencia Central 9na Edición. Editorial Pearson Educación, 2004

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Cornelis Klein, Cornelius S. Hurlbut; Manual de Mineralogía, Basado en la obra de J. Dana 4ta Edición. Editorial Reverté, 1998

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E. Flint; Principios de Cristalografía Editorial MIR, Moscú, 1966