La cristobalita ( / k r ɪ ˈ s t oʊ b ə ˌ l aɪ t / ) es un mineral polimorfo de sílice que se forma a temperaturas muy altas. Tiene la misma fórmula química que el cuarzo , SiO 2 , pero una estructura cristalina distinta. Tanto el cuarzo como la cristobalita son polimorfos con todos los miembros del grupo del cuarzo, que también incluye la coesita , la tridimita y la stishovita . Lleva el 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 sólo por encima de 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 de tetraedros de Si O 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 cristobalita en tridimita y cuarzo, requiere una energía de activación considerable y puede no ocurrir en un marco de tiempo humano a temperatura ambiente. Los silicatos estructurales también se conocen como tectosilicatos .
Al desvitrificar la sílice, la cristobalita suele ser la primera fase en formarse, 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 marco 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 unidos de silicio y oxígeno donde se encuentran los átomos de carbono 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 relacionado con la forma cúbica mediante la inclinación estática de los tetraedros de sílice en la estructura. Esta transición se denomina de diversas formas transición baja-alta o transición. Puede denominarse "desplazante"; es decir, generalmente no es posible evitar que la forma β cúbica se vuelva tetragonal mediante un enfriamiento rápido. En raras circunstancias, la forma cúbica puede conservarse si el grano del cristal está fijado en una matriz que no permita la considerable tensión espontánea que interviene en la transición, que provoca un cambio en la forma del cristal. Esta transición es muy discontinua. Pasar de la forma α a la forma β provoca un aumento de volumen del 3 [10] o del 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 consta de tetraedros de sílice dinámicamente desordenados. 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 . Es la "congelación" de uno de estos modos unitarios rígidos el modo suave para la transición α-β.
En la β-cristobalita, hay hélices de tetraedros (o de átomos de silicio) derechas e izquierdas paralelas a los tres ejes. Sin embargo, en la transición de fase α-β, sólo se conserva la hélice derecha o izquierda en una dirección (la otra se convierte en un eje de tornillo doble), por lo que sólo uno de los tres ejes cristalográficos cúbicos degenerados conserva una Eje de rotación cuádruple (en realidad, un eje de tornillo ) en forma tetragonal. (Ese eje se convierte en el eje "c", y los nuevos ejes "a" se giran 45° en comparación con los otros dos ejes antiguos. El nuevo parámetro de red "a" es más corto aproximadamente en la raíz cuadrada de 2, por lo que la unidad α La célula contiene sólo 4 átomos de silicio en lugar de 8.) La elección del eje es arbitraria, de modo que se pueden formar varios gemelos 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 como 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 exhiben algunos patrones de difracción de rayos X similares a los de la cristobalita, pero carecen de un orden de largo alcance, por lo que no se consideran cristobalita verdadera. Además, la presencia de agua estructural en el ópalo hace dudoso que el ópalo esté compuesto de cristobalita. [12] [13]
La cristobalita es visible como inclusiones blancas en la obsidiana copo de nieve , un vidrio volcánico.
