Cristalización: tipos de cristales, métodos, ejemplos
¿Qué es la cristalización?
La cristalización es un proceso que consiste en la formación de un sólido con estructura altamente ordenada. Este sólido, conocido como cristal, puede obtenerse a partir de un líquido, una disolución o un gas, dependiendo del método de cristalización que se realice.
Por lo general, la cristalización es un proceso lento, pues las sustancias (átomos, iones, moléculas) requieren de tiempo para poder ordenarse debidamente. Las gemas y los minerales, por ejemplo, cristalizan muy lento a partir de la lava o del agua salada, fluidos donde se van agrupando con el tiempo los iones metálicos arrastrados.
Sin embargo, no todas las cristalizaciones son tan lentas como sucede con los diamantes eternos. Algunas transcurren en lapsos de horas o segundos inclusive. Es decir, podemos encontrar cristales pequeños o microscópicos, cada uno con su propia naturaleza química, que surgen frente a nuestros ojos.
La cristalización es la base para la existencia de muchos sólidos naturales (minerales, azúcares, sales, etc.) y artificiales (gemas sintéticas, aleaciones, etc.). Por lo tanto, es común encontrar cristales por todas partes, en especial a lo que respecta a las rocas, o a las nieves y hielos de los casquetes polares.
Tipos de cristales
Cristales sólidos
Los cristales sólidos son todos aquellos que corresponden a las formas ordenadas de las sustancias sólidas. Es decir, si la estructura química de un sólido es ordenada, entonces hablamos de un cristal sólido. Ahora, en los siguientes subapartados veremos que no todos los cristales sólidos son químicamente iguales.
Cristales líquidos
Los cristales líquidos son sustancias que manifiestan tanto propiedades de líquido (fluidez) como de sólidos (rigidez) sin que haya fusión o congelamiento. Por lo general, son de naturaleza orgánica, y tienen aplicaciones tecnológicas como en el diseño de las pantallas táctiles.
Cristales iónicos
Los cristales iónicos son cristales sólidos compuestos por iones: átomos o moléculas con cargas positivas (cationes) o negativas (aniones). Por ejemplo, los cristales del nitrato de potasio (KNO3), una sal, son iónicos, pues se componen de cationes K+ y aniones NO3–.
Estos cristales son duros y quebradizos. ¿Por qué? Porque al presionarlos los iones de cargas iguales se aproximan y se repelen con mucha fuerza, lo cual fractura el cristal. Asimismo, presentan puntos de fusión y ebullición altos, debido a que el calor suministrado tiene que ser lo suficientemente alto para apartar los iones entre sí.
Cristales covalentes
Los cristales covalentes son aquellos donde los componentes se mantienen unidos por enlaces covalentes. Una consecuencia de esto es que se forman redes ordenadas y tridimensionales. Ejemplos de estos cristales son los de cuarzo, diamante y grafito.
Cristales moleculares
Los cristales moleculares son las formas ordenadas sólidas que pueden alcanzar las moléculas. Por lo tanto, en lugar de intervenir fuerzas iónicas o enlaces covalentes, los componentes se mantienen unidos por interacciones o fuerzas de Van der Waals (llamadas también fuerzas intermoleculares).
Los ejemplos de cristales moleculares son casi ilimitados. Algunos de ellos son: hielo (agua), yodo (I2), azúcar, tetrafósforo (P4), etc.
Cristales metálicos
Los cristales metálicos son aquellos compuestos por átomos metálicos neutros. Por ejemplo, el oro (Au), la plata (Ag), y el sodio (Na), presentan sus característicos cristales metálicos, variando el tamaño de los átomos y la naturaleza (o fuerza) de sus interacciones.
Métodos de cristalización
Habiéndose mencionado los tipos de cristales que existen, se verá que estos pueden obtenerse mediante distintos métodos de cristalización. Algunos de ellos, los más simples e intuitivos, son los siguientes:
Enfriamiento
Cuando un líquido se congela pasa al estado sólido. Si este sólido es ordenado, tendremos entonces un cristal. Del mismo modo, algunos gases al enfriarse rápidamente son capaces de cristalizar. Dicho enfriamiento debe ser controlado, de manera que los componentes que integren el cristal puedan ordenarse con tiempo.
Evaporación
Otra forma de lograrse la cristalización, en lo que respecta a las disoluciones, es mediante la evaporación del solvente. Por ejemplo, si evaporamos el agua del mar, cristalizarán las sales disueltas como un sedimento (en el fondo o sobre las paredes de un recipiente). Eliminado el líquido, los componentes del cristal se irán agrupando ordenadamente para formar el cristal.
Reacción química
Las reacciones químicas también pueden ocasionar la cristalización. Si dos componentes de un cristal, que en principio están separados, se mezclan de pronto, estos se unirán fuertemente entre sí y formarán un sólido, que posteriormente recibirá un tratamiento (secado) y terminará por definir un cristal.
Ejemplos de cristalización
Estalactitas
La cristalización lenta pero continua de carbonato de calcio (CaCO3) durante el goteo en los techos de las cavernas, da lugar a la formación de las estalactitas. En el proceso, los iones Ca2+ y CO32- se van encontrando y agrupando mientras el agua se evapora.
Estalagmitas
Las estalagmitas son estructuras que se pueden encontrar en cuevas, específicamente en los suelos (creciendo en punta hacia arriba). Están compuestas por compuestos de calcio y se forman a partir de la cristalización de las sales de calcio que se encuentran en el agua que cae de los techos de las cuevas.
Cristales del vino
Es común encontrar debajo del corcho o en el fondo de las copas, sobre todo con los vinos tintos, un polvo rojizo. Dicho sólido es en realidad una sal de tartratros que cristaliza conforme transcurre el tiempo, y en presencia de iones calcio y sodio.
Formación de nieve
El agua líquida cuando se congela forma cristales de hielo. Cuando estos cristales de hielo son muy pequeños, y derivan de las gotas suspendidas en las nubes, entonces tiene lugar la formación de nieve. En las nevadas precipitan cristales microscópicos de hielo, los cuales se depositan sobre los entornos como si fuera una arena blanca.
Cristales de azúcar
Otro ejemplo de un cristal molecular es el de azúcar. En vez de moléculas de agua, tenemos moléculas de sacarosa. Las moléculas de sacarosa se mantienen unidas por fuerzas de Van der Waals, las cuales definen los cristales coloridos y dulces que acostumbramos a ver en las despensas.
La cristalización del azúcar es uno de los experimentos químicos más comunes: una disolución azucarada se calienta y, una vez enfriada, se deposita un hilo embardunado con azúcar. Pasado un tiempo, sobre el hilo habrá cristalizado grandes y vistosas masas de azúcar.
Cristales de sulfato de cobre
Similar al experimento con los cristales de azúcar, la cristalización de los cristales de sulfato de cobre también resulta interesante por sus azuladas tonalidades. Nuevamente, mientras el agua se evapora, los iones Cu2+ y SO42- se van encontrando, y en el proceso retienen algunas moléculas de agua para formar la sal hidratada CuSO4·5H2O.
Sal
La sal es el ejemplo más común de cristalización. Esta se puede formar tanto natural (como la sal marina) como artificialmente (como es el caso de la sal de mesa).
Diamante
El diamante es una piedra preciosa que se forma a partir de la cristalización de carbono puro. Este es el material más duro que se conoce en el planeta. Su formación puede ser natural, como sucede con los diamantes que se encuentran en yacimientos mineros, o sintética.
Rubí
El rubí es un cristal de color rojizo que se forma a partir de la cristalización del óxido de aluminio (coridón).
Cuarzo
El cuarzo es una gema que se forma a partir de la cristalización de anhídrido silícico. Es uno de los minerales que más abundan en las rocas y su color es variable.
Peridoto
También llamado olivino, esta piedra preciosa se forma gracias a la cristalización de hierro y magnesio. Es de color verdoso y suele tener forma de rombo.
Silicatos
Los silicatos son materiales creados por la cristalización del sílice y otros elementos (hierro, aluminio, calcio, magnesio). Están presentes en todas las rocas.
Caramelos
Los caramelos se hacen con cristales de azúcar, por lo que se puede decir que intervienen dos procesos de cristalización: el primero para la formación del azúcar y el segundo para la formación de la melaza.
Helado cremoso
El helado cremoso contiene una serie de cristales que le dan la textura suave final. Entre los cristales que contiene el helado cremoso, destacan los cristales lípidos (formados a partir de grasas) y cristales de hielo. Cabe destacar que algunos helados también contienen cristales de lactosa.
En este sentido, el helado se obtiene a través de diversos procesos de cristalización artificial (uno para los lípidos, uno para el hielo y otro para la lactosa).
Otros ejemplos
- Preparación de cristales azucarados alrededor de un hilo o cuerda y una solución dulce sobresaturada
- Formación de cristales del azúcar de las mieles depositados al fondo de sus tarros
- El crecimiento de cálculos renales, los cuales consisten en esencia de cristales de oxalato de calcio
- La cristalización de minerales, entre ellos gemas y diamantes, a lo largo de los años, cuyas formas y aristas son un reflejo de sus ordenadas estructuras internas
- Deposición de los vapores calientes de metales sobre barras frías como soportes para el crecimiento de sus cristales.
Referencias
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Química. (8va ed.). CENGAGE Learning.
- Cool Kid Facts. (2021). Crystal Facts for Kids. Recuperado de: coolkidfacts.com
- Wikipedia. (2021). Crystallization. Recuperado de: en.wikipedia.org
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (29 de agosto de 2020). Crystallization Definition. Recuperado de: thoughtco.com