La cristobalita ( / krɪˈstoʊbəˌlaɪt / ) es un polimorfo mineral de sílice que se forma a temperaturas muy altas. Tiene la misma fórmula química que el cuarzo , SiO2 , pero una estructura cristalina distinta . Tanto el cuarzo como la cristobalita son polimorfos con todos los miembros del grupo del cuarzo, que también incluyen coesita , tridimita y stishovita . Recibe su nombre del Cerro San Cristóbal en el municipio de Pachuca , Hidalgo , México .
Se utiliza en odontología como componente de materiales de impresión de alginato, así como para realizar modelos de dientes. [7]
La cristobalita es estable solo por encima de los 1470 °C, pero puede cristalizar y persistir de forma metaestable a temperaturas más bajas. La persistencia de la cristobalita fuera de su rango de estabilidad termodinámica se produce porque la transición de cristobalita a cuarzo o tridimita es "reconstructiva", lo que requiere la ruptura y reformación de la estructura de sílice . Estas estructuras están compuestas por tetraedros de SiO 4 en los que cada átomo de oxígeno se comparte con un tetraedro vecino, de modo que la fórmula química de la sílice es SiO 2 . La ruptura de estos enlaces, necesaria para convertir la cristobalita en tridimita y cuarzo, requiere una energía de activación considerable y puede que no ocurra en un marco de tiempo humano a temperatura ambiente. Los silicatos de estructura también se conocen como tectosilicatos .
Al desvitrificar la sílice, la cristobalita suele ser la primera fase que se forma, incluso cuando está muy fuera de su rango de estabilidad termodinámica. Este es un ejemplo de la regla de los pasos de Ostwald . La naturaleza dinámicamente desordenada de la fase β es en parte responsable de la baja entalpía de fusión de la sílice.
Hay más de una forma de la estructura de cristobalita. A altas temperaturas, la estructura se llama β-cristobalita. Está en el sistema cristalino cúbico , grupo espacial Fd 3 m (No. 227, símbolo de Pearson cF104 ). [8] Tiene la estructura del diamante pero con tetraedros enlazados de silicio y oxígeno donde los átomos de carbono están en el diamante. Una forma tetragonal quiral llamada α-cristobalita (grupo espacial P4 1 2 1 2, No. 92, [9] o P4 3 2 1 2, No. 96, al azar) ocurre al enfriarse por debajo de aproximadamente 250 °C a presión ambiente y está relacionada con la forma cúbica por la inclinación estática de los tetraedros de sílice en la estructura. Esta transición se llama de diversas formas transición baja-alta o transición. Puede denominarse "desplazante"; es decir, generalmente no es posible evitar que la forma cúbica β se vuelva tetragonal por enfriamiento rápido. En raras circunstancias, la forma cúbica puede conservarse si el grano de cristal se fija en una matriz que no permita la considerable tensión espontánea que interviene en la transición, lo que provoca un cambio en la forma del cristal. Esta transición es altamente discontinua. Pasar de la forma α a la forma β provoca un aumento de volumen del 3 [10] o 4 [11] por ciento. La temperatura de transición exacta depende de la cristalinidad de la muestra de cristobalita, que a su vez depende de factores como el tiempo que ha estado recocida a una temperatura particular.
La fase β cúbica está formada por tetraedros de sílice desordenados dinámicamente. Los tetraedros permanecen bastante regulares y se desplazan de sus orientaciones estáticas ideales debido a la acción de una clase de fonones de baja frecuencia llamados modos unitarios rígidos . El "congelamiento" de uno de estos modos unitarios rígidos es el modo suave para la transición α–β.
En la β-cristobalita, hay hélices dextrógiras y levógiras de tetraedros (o de átomos de silicio) paralelas a los tres ejes. Sin embargo, en la transición de fase α–β, solo se conserva la hélice dextrógirada o levógirada en una dirección (la otra se convierte en un eje helicoidal doble), por lo que solo uno de los tres ejes cristalográficos cúbicos degenerados conserva un eje de rotación cuádruple (en realidad un eje helicoidal ) en la forma tetragonal. (Ese eje se convierte en el eje "c", y los nuevos ejes "a" se rotan 45° en comparación con los otros dos ejes antiguos. El nuevo parámetro de red "a" es más corto en aproximadamente la raíz cuadrada de 2, por lo que la celda unitaria α contiene solo 4 átomos de silicio en lugar de 8). La elección del eje es arbitraria, de modo que se pueden formar varias maclas dentro del mismo grano. Estas diferentes orientaciones gemelas junto con la naturaleza discontinua de la transición (volumen y ligero cambio de forma) pueden causar daños mecánicos considerables a los materiales en los que está presente la cristobalita y que pasan repetidamente por la temperatura de transición, como los ladrillos refractarios.
La cristobalita se presenta en forma de octaedros blancos o esferulitas en rocas volcánicas ácidas y en depósitos de diatomeas convertidos en la Formación Monterey del estado estadounidense de California y áreas similares.
Las esferas de escala micrométrica que componen el ópalo precioso presentan algunos patrones de difracción de rayos X que son similares a los de la cristobalita, pero carecen de cualquier orden de largo alcance, por lo que no se las considera cristobalita verdadera. Además, la presencia de agua estructural en el ópalo hace que sea dudoso que el ópalo esté compuesto de cristobalita. [12] [13]
La cristobalita es visible en forma de inclusiones blancas en la obsidiana copo de nieve , un vidrio volcánico.
