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Le condizioni per la formazione

La formazione e le caratteristiche di una struttura cristallina dipendono dalla rapidità e dalle condizioni del processo di solidificazione. Gli stessi liquidi che quando solidificano gradualmente in profondità nella crosta terrestre formano il granito, qualche volta vengono eruttati in superficie come lava vulcanica e si raffreddano rapidamente, formando una roccia vetrosa chiamata ossidiana. Se il raffreddamento è un poco più lento si forma una roccia criptocristallina o afanitica, con cristalli troppo piccoli per potere essere distinti a occhio nudo. Quando il raffreddamento avviene con lentezza ancora maggiore, si forma una roccia di struttura porfirica, nella quale solo alcuni cristalli sono grandi abbastanza da essere visibili. Se la composizione è la stessa del granito, questa forma porfirica prende il nome di riolite.

Ogni minerale che costituisce una roccia è presente in forma di cristalli piccoli ma omogenei. Le sostanze che solidificano per prime durante il raffreddamento della roccia fusa presentano uno sviluppo normale delle proprie forme cristalline; diversamente quelle che cristallizzano per ultime, costrette a occupare gli interstizi rimanenti, presentano un aspetto esterno deformato. Durante il processo di cristallizzazione, si formano cristalli omogenei che si separano dalle miscele liquide. Questa caratteristica viene sfruttata anche per purificare sostanze cristalline: ad esempio le sostanze chimiche organiche vengono quasi invariabilmente purificate per ricristallizzazione.

In alcuni gruppi minerali gli ioni di un elemento possono essere sostituiti da ioni di un altro elemento, lasciando invariata la struttura cristallina e formando una serie di soluzioni solide. Quando vi è una completa e continua gradazione di composizione chimica da un membro estremo all'altro, la serie viene detta isomorfa. Un esempio è fornito dalla varietà di feldspato detta plagioclasio, che forma una serie completa di composizione, compresa tra quella del puro alluminosilicato di sodio (albite) e quella del puro alluminosilicato di calcio (anortite). Altri gruppi di minerali che formano serie isomorfe sono quelli dell'apatite, della barite, della calcite e dello spinello.

Può capitare che il processo di cristallizzazione non avvenga e la soluzione di partenza divenga soprassatura (in modo analogo una sostanza può esistere allo stato liquido a temperature inferiori del suo punto di solidificazione). La tendenza a cristallizzare diminuisce all'aumentare della viscosità del fluido; in particolare se una soluzione diviene notevolmente soprassatura e superraffreddata, la viscosità può raggiungere un livello tale da rendere quasi impossibile la cristallizzazione; un'ulteriore evaporazione del solvente o un ulteriore raffreddamento producono dapprima una sorta di sciroppo e infine un vetro. Alcune sostanze mostrano una forte tendenza a formare nuclei di cristallizzazione, cosicché, se una soluzione contenente tali sostanze viene raffreddata lentamente, avviene la crescita di pochi grandi cristalli, al contrario se il raffreddamento è rapido si formano numerosi cristalli di dimensioni minuscole.