CONVERSA
VOCES EN LA CONSERVACIÓN
LA SÍLICE: UNA SOLA FÓRMULA Y MUCHAS FORMAS
José Sellés-Martínez
José Sellés-Martínez
Dr. José Sellés-Martínez, geólogo y profesor del Dpto. de Ciencias Geológicas de la Universidad de Buenos Aires, quién, entre otras tareas, se ocupa de la coordinación de los programas de divulgación científica de dicho Departamento, del Instituto de Geociencias Básicas, Aplicadas y Ambientales (IGEBA) y de la Sociedad Científica Argentina. Es además, miembro del Comité Editor de la revista EXACTAMENTE, órgano oficial de la Fac. de Ciencias Exactas de la UBA, en la que escribe una sección fija sobre Ciencia & Arte.
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La sílice es un óxido del elemento químico silicio (uno de los metaloides, de número atómico 14), cuya fórmula química es SiO2, por lo que más precisamente se la denomina dióxido de silicio. La presencia de otros elementos químicos y/o de H2O, asociados a las moléculas de sílice da lugar a numerosas variedades de la misma. La forma más común de la sílice es el cuarzo, uno de los minerales más comunes en la corteza terrestre y que presenta estructura cristalina (aunque el tamaño de los cristales individuales puede variar sensiblemente). Ciertas variedades de cuarzo por su color y brillo se utilizan como piedras ornamentales y se las talla para su uso en joyería y decoración. El ópalo es una forma de la sílice que no presenta ordenamiento cristalino pero que incluye la presencia de moléculas de agua, algunas de cuyas variedades son de gran atractivo y se utilizan como gemas.
EL CUARZO
El cuarzo se destaca por ser el segundo mineral más común en la corteza terrestre luego del feldespato (que es un silicato en el cual también están presentes el silicio y el oxígeno, pero combinados con otros elementos químicos). La arena de las playas y de los desiertos, por ejemplo, está compuesta en su mayor parte por granos de cuarzo. La estructura básica de la molécula corresponde a un tetraedro en cuyo centro se encuentra el silicio y sus vértices están ocupados por cuatro oxígenos que, al ser compartidos por los otros silicios que constituyen la estructura cristalina, da la fórmula SiO2. Sus principales propiedades físicas son el brillo vítreo, el color blanco del polvo fino (raya) y la fractura concoidea. Su densidad es de 2,65 g/cm3 y si bien es duro (7 en la escala de Mohs) es un material frágil y quebradizo frente a los golpes.
Tiene la propiedad de polarizarse eléctricamente al ser deformado (piezoelectricidad) que ha sido utilizada en numerosas aplicaciones (encendedores de chispa por ejemplo) y el uso de su capacidad de vibrar a una frecuencia constante al ser sometido a un campo eléctrico produjo un cambio revolucionario en la relojería. El cuarzo es uno de los componentes fundamentales del vidrio. El nombre cuarzo proviene del alemán quarz y su nombre en griego κρύσταλλος (krýstallos) deriva del término “kruos” que significa “hielo” y dio origen a la palabra cristal
Modelo composicional y estructural de la sílice (O= oxígeno: Si= sílicio). A) Tetraedro simple. b) Red tridimensional de tetraedros. Al generarse estructuras tridimensionales los oxígenos son compartidos con otros átomos de silicio, por lo que a cada átomo de silicio en el centro del tetraedro le corresponden 4 “medios oxígenos”, generándose la fórmula química SiO2.
Dentro del grupo de los silicatos se lo clasifica como tectosilicato, por cuanto forma estructuras tridimensionales (a diferencia de otros ordenamientos que pueden ser tetraedros aislados, en pares, formar anillos, cadenas o láminas). La variedad estable a bajas temperaturas se denomina cuarzo α que cristaliza en el sistema trigonal, pero al superarse los 573 °C la estructura se modifica espontánea y bruscamente al sistema hexagonal y el mineral se denomina cuarzo β. A la inversa ocurre cuando el material caliente se enfría por debajo de ese umbral de temperatura. Esto es algo que tiene importantes consecuencias no sólo en la formación de las rocas sino también en la industria y la artesanía cerámica, pues el cambio de volumen asociado al cambio de sistema cristalino genera tensiones que pueden causar daños en las piezas. Las variedades polímorfas del cuarzo, además de los ya mencionados cuarzo α y cuarzo β, son la tridimita y la cristobalita (asociadas a las rocas volcánicas y sus alteraciones) y la moganita. La coesita y la stishovita son variedades mucho más raras, que se asocian a altas presiones y a los impactos meteóriticos. Una variedad muy particular, aunque extremadamente rara, es la melanoflogita, en la que una red tridimensional de moléculas de sílice (estructura de clatrato) retiene en su interior moléculas de gases como el metano, el dióxido de carbono o el nitrógeno.
La dimensión de los cristales influye en su aspecto y propiedades, distinguiéndose las variedades macrocristalinas, en las que los cristales son visibles a simple vista, las microcristalinas, cuando los cristales individuales son sólo visibles al microscopio y, finalmente, las criptocristalinas en las cuales la existencia de la estructura cristalina es sólo revelada por el análisis de rayos X.
El color y transparencia del cuarzo son muy variables, extendiéndose desde el mineral incoloro y transparente (cuarzo hialino, cristal de roca) hasta variedades opacas de color negro (ónice, cuarzo morrión). El color está frecuentemente asociado a la presencia de impurezas de otros elementos incorporados en la red o a la existencia de pequeñas partículas de otros minerales dentro del cristal de cuarzo. El color puede cambiar mediante el tratamiento térmico o al someter al cuarzo a la radiación, lo que es a veces aprovechado para la comercialización del mismo, transformando unas variedades de menor precio en otras más valiosas.
Entre las variedades macrocristalinas se destacan:
Cristal de roca: Incoloro y transparente. Es una de las variedades más apreciadas por los coleccionistas y ha sido tallado para la producción de diferentes objetos de adorno. Puede presentarse en grandes cristales que alcanzan hasta cuatro o cinco toneladas de peso, pero habitualmente se presenta en cristales de mucho menor tamaño y peso.
Vaso tallado en cristal de roca (Procedencia desconocida). Museo del Prado
Cuarzo lechoso: Como su nombre lo indica es blanco opaco y es muy abundante en las rocas pegmatíticas y formando venas en el relleno de fisuras y cavidades en las rocas. Su color se debe a la presencia de microscópicas burbujas de fluidos (gases y/o líquidos) que quedaron atrapados en la masa de cuarzo durante su cristalización. Se conocen cristales de cuarzo lechoso que superan las doce toneladas de peso.
Amatista: Su color violeta está asociado a la presencia de impurezas de hierro y se la encuentra formando geodas (cristales que tapizan las paredes de una cavidad dentro de la roca) en rocas volcánicas de Brasil y Argentina entre otros lugares del mundo. Es una variedad muy apreciada en joyería y como adorno. Por calentamiento toma color amarillo, por lo que muchas veces se la utiliza para falsificar citrinos, la variedad de cuarzo de color amarillo y mayor precio.
Cuarzo amatista (Procedencia: Sudáfrica). Museo del Instituto Geominero de España
Citrino: La coloración amarilla se deba a la presencia de partículas de óxidos de hierro hidratado del tamaño coloidal. Se lo usa como falsificación del topacio. Su color cambia al blanco cuando se lo calienta y al gris oscuro cuando se lo irradia con Rayos X.
Copón de cuarzo citrino .Procedencia desconocida. Museo del Prado
Aventurina: Contiene pequeñas escamas o agujas de mica o de goethita dispersas que le dan una tonalidad verdosa o amarillenta. Puede tener también pequeños cristales de pirita.
Cuarzo rosa: La intensidad del color puede ser muy variable y se asocia a la presencia de trazas de manganeso o de titanio. Aparece tanto en forma masiva como en cristales bien formados, pero estos últimos son más raros, por lo que son muy apreciados.
Drusa de cuarzo rosa (Procedencia: Mendoza). Colección del autor
Cuarzo ahumado: De color gris debido a la presencia de impurezas de aluminio en la red cristalina, pero para que se manifieste el tono ahumado debe haber sido afectado por la acción de otros minerales de naturaleza radiactiva presentes en las inmediaciones. El cuarzo ahumado no es radiactivo.
Vaso de cuarzo ahumado (Procedencia desconocida). Museo del Prado
Cuarzo morrión: De color negro se presume que como consecuencia de exposición a la radiación natural de minerales radiactivos en sus cercanías. Si se lo caliente pierde el color negro y se transforma en cuarzo blanco. Se lo falsifica sometiendo cristales de cuarzo blanco o transparente a la radiación.
Cuarzo azul: Este color está dado por pequeñísimas inclusiones de rutilo, turmalina o zoisita dispersas en la masa del cuarzo incoloro y transparente.
Jacinto de Compostela: De color rojo o anaranjado por la presencia de materiales arcillosos ricos en hierro.
Ojo de Tigre: Es una variedad muy atractiva típica de Sudáfrica, donde se la explota con destino a la joyería y objetos de adorno. Su color y aspecto es el resultado del reemplazo de las fibras del mineral crocidolita por el cuarzo, de las que conserva el hábito (efecto conocido como pseudomorfosis) y cuyas impurezas le dan diversos tonos de amarillo y marrón, distribuidos en bandas. Estas bandas están asociadas al crecimiento de cristales de crocidolita (una variedad del anfíbol riebeckita) como relleno de fracturas que, por cuestiones geológicas, van abriéndose lentamente y permiten la circulación de los fluidos que depositan los minerales que adoptan un aspecto fibroso.
Fragmento de vena de “ojo de tigre” en el que pueden verse las fibras (inicialmente crocidolita, actualmente sílice) deformadas (Origen: Sudáfrica). Colección del autor
Ojo de Halcón: Es una variedad semejante al Ojo de Tigre pero de color azul como consecuencia de la presencia de restos de crocidolita azul que no se han alterado.
Cuarzo rutilado: Es una variedad muy vistosa, si bien rara, que contiene en su interior agujas amarillo-dorado o rojas del mineral rutilo
Las variedades criptocristalinas de la sílice reciben también el nombre de calcedonias y, entre ellas, pueden mencionarse:
Sílex: Variedad de color grisáceo muy habitual formando concreciones en rocas carbonáticas. Fue muy usado desde tiempos prehistóricos para la confección de armas y herramientas.
Ágata: Caracterizada por la presencia de bandas de distintos colores o tones, concéntricas y paralelas a los bordes de las cavidades que rellenan. Tienen su origen en el enfriamiento de soluciones que circulan a través de las rocas basálticas. Cuando la erosión destruye los basaltos las ágatas suelen desprenderse y formar cantos rodados que circulan por la red fluvial y por ellos suelen ser buscadas en las playas de los ríos que se forman o atraviesan áreas ricas en rocas basálticas o cerca de su desembocadura en el mar. En Brasil, India, Inglaterra y Alemania existen yacimientos de ágatas famosos por el colorido y variedad de diseños de las mismas. Ágatas, ónices y sardónices fueron muy utilizados desde los tiempos romanos para la confección de camafeos, que aprovechaban la textura bandeada para crear el contraste en las figuras talladas. Las ágatas pueden ser fácilmente teñidas por diferentes procesos, por lo que muchos de los ejemplares que se venden en el comercio poseen colores, como el azul o el rojo, que no se dan con frecuencia en la naturaleza. Se denominan “ágatas musgosas” aquéllas variedades que contienen en su masa crecimientos dendriformes (como ramas de arbustos) de otros minerales (mayormente óxidos de manganeso o de hierro).
Tres variedades de diseños simples de ágatas (Procedencia desconocida). Colección del autor
Variedad de ágata denominada “Thunderegg” en la literatura inglesa (Procedencia: Patagonia). Colección del autor
Ónice: Es una variedad de ágata caracterizada por bandas alternantes de colores blancos y negros.
Sardónice: Semejante al ónice pero el bandeado es rojo y blanco.
Jarra de sardónice (Procedencia desconocida). Museo del Prado
Carneola o cornalina: Variedad tradicionalmente usada para la confección de sellos (para marcar el lacre) cuya coloración amarillenta a rojiza está dada por la presencia de óxidos de hierro.
Heliotropo: De color verde con manchas rojas causadas por la presencia de óxidos de hierro.
Copón de heliotropo (Procedencia desconocida). Museo del Prado
Crisoprasa: Variedad translucida de color verde por la presencia de níquel.
Jaspe: Es una variedad coloreada por impurezas, mayormente óxidos de hierro, que le dan coloraciones variadas (amarillentas, verdosas). A diferencia de las anteriores, que están constituidas principalmente por pequeñísimas fibras de cuarzo, el jaspe está constituido por cristales irregulares, pero también de muy reducido tamaño.
Copón monumental de jaspe ruso, el plato superior es una única pieza la base está constituida por tres piezas y el pedestal prismático es también monolítico (Procedencia: Cordillera de Altai). Museo del Hermitag
EL ÓPALO
El ópalo está constituido por microesferas de sílice asociada a moléculas de agua. No aparece nunca formando cristales sino como relleno amorfo de cavidades y fisuras. Puede reemplazar a materiales orgánicos (huesos o madera) como consecuencia de la circulación de aguas a muy altas temperaturas y ricas en sílice a través de un reemplazo que es a veces muy delicado (molécula a molécula) y que permite la conservación del diseño de los tejidos orgánicos originales. Existen variedades de diferente aspecto y precio.
Ópalo precioso: De tono blanquecino, el tamaño uniforme y el empaquetamiento regular de las microesferas le da el brillo e iridiscencia característicos. Actualmente explotado en Australia.
Concreción con relleno de ópalo precioso partida en dos (Procedencia: Australia). Smithonian Institution
Ópalo de fuego: Variedad de ópalo de color amarillo a rojo que procede principalmente de México.
Cavidades rellenas por ópalo de fuego (Procedencia: Jalisco). Imagen domino público
Ópalo común: Sus microesferas no presentan el ordenamiento característico del ópalo precioso, por lo que no se produce la iridiscencia. La variedad incolora se denomina “ópalo de agua” y puede presentar juegos cromáticos internos. Existe también una variedad de ópalo negro.
Xilópalo: Es producto del reemplazo de las fibras de la madera por sílice. De tonos generalmente amarillos y castaños. Constituye la denominada “madera petrificada”.
Fragmento de tronco silicificado (xilópalo) (Procedencia: Arizona). Imagen dominio público