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.

La evaluación de la sobresaturación es un requisito esencial a la hora de describir, comparar e interpretar experiencias de crecimiento cristalino.

El crecimiento de cristales transcurre en condiciones no estables, de manera que el valor de la sobresaturación evoluciona continuamente con el tiempo en cada punto del sistema. Además se mantiene un gradiente de sobresaturación a lo largo de la columna de gel, diferente para tiempos de difusión diferentes. Las dificultades en la cuantificación de la sobresaturación están por tanto en relación con deficiencias teóricas acerca de dos aspectos de la técnica: la cuantificación de la "Transferencia de Masa" y el establecimiento de "Criterios de Cristalización" rigurosos, que permitan predecir el momento y posición del primer precipitado.

En esta experiencia de crecimiento del cristal se debe tener conocimientos de solubilidad, saturación de una solución, sobresaturación, y también los principios termodinámicos y fisicoquímicos que intervienen en el proceso

JUSTIFICACION

En el experimento presente se planifico primeramente hacer una solución sobresaturada del Borax, luego al ponerla en un recipiente para disolver y después de calentar para terminar de disolver todos los grumos de sulfato de cobre, se le hace filtrar para quitar las impurezas, luego enfría para que dé lugar a la formación de cristales, posteriormente se separa uno de los cristales a un lugar donde tenga más espacio ya que se tiene que dar esta condición para poder crecer y a la vez, al cabo de cierto tiempo ir calentándolo para q los otros pequeños cristales q están creciendo no se peguen al cristal mayor.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Para empezar, tenemos que ver los materiales a usar y los procedimientos que debemos tomar en cuenta, y tener en consideración que precauciones tomar para qué en el momento de que crezca nuestro cristal, este lo haga de una forma uniforme como deseamos.

La primera pregunta que debemos hacernos es ¿Crecerá el cristal de la forma deseada?, ¿Cada qué tiempo tendremos que revisar el procedimiento para que no haiga errores?, ¿Qué forma cristalina tomara el pequeño cristal?

Para poder resolver estas interrogantes debemos tener una solida información teórica acerca del crecimiento de los cristales y además darle una cierta dedicación al proceso ya que conlleva un tiempo moderadamente largo y además de estar dispuestos a intentarlo en repetidas ocasiones hasta que el cristal crezca de la manera adecuada.

OBJETO DE ESTUDIO

Borax (Na2B4.10H2O)

El borax es un borato de sodio o tetraborato de sodio, es un compuesto importante del boro. Es un cristal blanco y suave que se disuelve fácilmente en agua. Si se deja reposar al aire libre, pierde lentamente su hidratación y se convierte en tincalconita (Na2B4O7 •5 H2O).El bórax se origina de forma natural en los depósitos de evaporita producidos por la evaporación continua de los lagos estacionarios.

Propiedades físicas

Lustre : Vítreo, Resinoso

Transparencia : Transparente, Traslucido

Color : Blanco Claro

Raya : Blanca

Dureza (Mohs) : 2-2½

Tenacidad : Quebradizo

Clivaje : Imperfecto

Fractura : Concoidea

Densidad : prismas cortos mal formados

Propiedades Cristalográficas

Sistema Cristalográfico: Monoclínico prismático

Morfología: Prismático, Tabular. Cristales desarrollados al natural son muy raros.

Principios Teóricos

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 solido.

b) Cristalización por Sublimación: Paso del estado gaseoso al solido.

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.

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.

CUESTIONES A RESPONDER MEDIANTE LA INVESTIGACIÓN

Las interrogantes que se plantearon antes de realizar este proyecto, tienen como resultado después de haberse realizado, las siguientes respuestas:

- El cristal creció en la forma deseada, pero al ir tomando más tamaño, este empezó a juntarse con pequeños cristales, los cuales fueron sacados para una mejor visualización del cristal principal.

- En un principio el cristal era observado por el cuidador cada 1 o 4 horas, conforme nos recomendaron alumnos que llevaron a cabo este proyecto en el pasado, pero al verlo después de 2 horas observamos que se formaba una capa cristalina, llena de cristales en el fondo del vaso, lo cual era un inconveniente con nuestro proyecto, por eso se decidió observarlo cada media hora aproximadamente, y finalmente después de los tres intentos fallidos, se concluyó que se debería observar, sacar el cristal y disolver los

cristales formados en el fondo cada 2 horas aproximadamente.

- A simple vista se puede decir que nuestro cristal es incorrectamente nombrado como un prisma, pero se sabe que el borax, cristaliza en sistema Monoclínico.

OBJETIVOS

Los objetivos que se desean obtener a través de este

experimento son los siguientes.

Observar cómo es que al sobresaturarse, luego

calentar y enfriar el soluto llega a tomar una forma

cristalina.

Aprender a hacer crecer ciertos cristales que se

encuentran en la naturaleza.

Saber en qué formas cristalinas se transforman los

minerales al sufrir ciertos cambios de temperatura y

sobresaturación.

Entender los procedimientos mediante los cuales los

cristales tienden a crecer.

METODOLOGIA Y DESARROLLO DE LA INVESTIGACION

MATERIALES UTILIZADOS

110 gramos de Borax

Un vaso de precipitado de 600 ml

250 ml de agua destilada

Papel filtro

Embudo

Alambre de Cobre

PROCEDIMIENTO

PRIMER PASO

Se prepara 110g de borax en 250 ml de agua en el vaso precipitado, luego se mueve para empezar a disolverlo

SEGUNDO PASO

Al ver que no se disuelve por completo, se procede a someterlo a ebullición, y a los 98°C aproximadamente todo el bórax queda disuelto.

TERCER PASO

Luego de someterle a ebullición y de disolverse por completo inmediatamente procedemos a colar el bórax con papel filtro, para sacar las impurezas y pueda cristalizar mejor.

Luego de filtrar esperamos un cuarto de hora.

CUARTO PASO

Al observar luego de dejarlo enfriar se ve unos pequeños cristales flotando y asentados en el fondo del vaso de precipitado, procedemos a sacar varios para las pruebas del crecimiento del cristal, luego atamos a un hilo uno de estos, siendo este el mejor desarrollado.

Formación de pequeños gérmenes o núcleos flotando y en la base del recipiente.

QUINTO PASO

Seleccionamos un germen y lo atamos al alambre de cobre.

SEXTO PASO

Como la solución tiene parte de sustancia que ha cristalizado entonces esta solución se lleva nuevamente a ebullición hasta disolverse completamente, dejando nuevamente enfriar aproximadamente 20 min. luego suspendemos cristal atado por el hilo en el vaso de precipitado encontrándose la solución sobresaturada para permitir el crecimiento del cristal.

SEPTIMO PASO

Para el crecimiento del cristal se realizaron una inmersión de unos 50 min hasta aproximadamente 1 1/2 hora, retiramos el cristal pero como la cristalización es muy rápida, no deja desarrollarse bien el cristal entonces se forman muchos cristales a su alrededor.

El total de tiempo de inmersión fue de 2 horas aproximadamente, podemos observar la agrupación de muchos cristales debido a la cristalización rápida

PRESENTACIÓN Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS

El cristal que se desarrollo gracias a la experiencia es el Borax, se logro conseguir un gran cristal regularmente cristalizado de unos 0.3 cm aproximadamente, el cual posee caras bien desarrolladas y también se puede observar el crecimiento de las caras según Viedma (Estas caras mal desarrolladas se da debido a que se le fueron sacando los cristales secundarios al cristal principal para que estos no interfieran con el crecimiento normal del cristal más desarrollado). Se puede visualizar a simple vista el sistema de cristalización del Borax, el cual pertenece al sistema Monoclínico Prismático.

CONCLUSIONES

La principal conclusión generada a partir de la realización de esta experiencia es que la solubilidad juega un papel al igual que la saturación de la solución, ya que al estar sobresaturada cristalizara más rápidamente que una que no esté a este nivel.

También se puede ver como esto determina el tamaño de los cristales que se van a formar. Por ejemplo, si se dejaba un tiempo largo, el germen (núcleo del cristal) podría haberse desarrollado más, pero también se corría el riesgo que se fusionaran con otros gérmenes.

Por otro lado, se puede relacionar la temperatura con la solubilidad como influyentes en la cristalización, ya que para poder obtener cristales grandes se necesita de una sustancia que varíe considerablemente su solubilidad con el cambio de temperatura, este factor fue determinante, ya que en el ultimo experimento (se realizaron 4), concluimos que mientras más lenta disminuya la temperatura, el cristal crecerá más lento y esto evitara que se formen pequeños cristales alrededor del principal.

También se puede concluir que para poder obtener un buen resultado es conveniente filtrar con cuidado la solución utilizando un papel filtro. Si el filtrado no es bueno, pequeñas partículas de suciedad pueden interferir con el crecimiento del cristal, lo cual no es conveniente.

BIBLIOGRAFÍA

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

Cornelis Klein, Cornelius S. Hurlbut; Manual de Mineralogía, Basado en la obra de J. Dana4ta Edición. Editorial Reverté, 1998

E. Flint; Principios de CristalografíaEditorial MIR, Moscú, 1966

http://www.ucm.es/info/investig/divulgacion/ Crecimiento_cristales_naturaleza2.htm

http://www.ucm.es/info/crismine/Sol_PPT/FotosTema3.pdf