2 - materia y minerales

Licenciatura en Ciencias de la Tierra - Primer Semestre

Curso de

GEOLOGÍA GENERAL

Imparten:Dra. Laura [email protected]. Valerie Pompa [email protected] M.C. Mario Ramos Arias [email protected]://sites.google.com/site/ggctlm/

2. MATERIA Y MINERALES


¿Qué son los minerales?Sustancias naturales inorgánicas y sólidas que constituyen gran parte de la Tierra y de los cuerpos extraterrestres accesibles al hombre (meteoritos, Luna).- propiedades físicas homogéneas;- composición química característica y bien definida, que puede variar sólo dentro de ciertos límites;- estructura ordenada de átomos (retículo cristalino).

… el mercurio es un mineral que existe al estado líquido;… el vidrio volcánico no es un mineral porque es amorfo;… la calcita de origen orgánico se considera un mineral, porque en su formación han ocurrido procesos geológicos de compresión, disolución, compactación y recristalización.

25.11.2004 4

Polimorfismo. El mismo compuesto químico puede formar minerales con estructuras diferentes (fases polimorfas). Los polimorfos presentan las mismas propiedades químicas, pero tienen propiedades físicas diferentes.La formación de una fase polimorfa está condicionada por las condiciones de P y T a las cuales cristaliza el mineral. De hecho, cada polimorfo tiene un campo de estabilidad P-T dentro el cual se forma. Las fases polimorfas pueden existir también afuera de su campo de estabilidad, pues los cambios de fase pueden ocurrir de forma extremadamente lenta (fases metaestables).


C


Elemento. Sustancia fundamental de la materia.Átomo. Partícula más pequeña de la materia que presenta las propiedades químicas de un elemento.

Cada elemento tiene un no

constante de protones (número atómico).Los e- orbitan alrededor del núcleo en regiones denominadas capas o niveles de energía; cada capa puede contener un número máximo de e-.En general, los e- entran en las capas de energía superiores después de que las inferiores se hayan completado. Los e- de la capa más externa se denominan e- de valencia.

Regresamos a algunos conceptos básicos…


Un átomo tiene una configuración estable cuando su capa de valencia está completa.Los gases nobles son los únicos elementos que tienen la capa electrónica externa completa, y por lo tanto son inertes.Para adquirir una configuración estable, los átomos de los otros elementos tienden a interaccionar con otros átomos, cediendo, tomando o compartiendo e- de valencia. La fuerza de atracción que une dos o más átomos se denomina enlace químico.Cuando un enlace químico une dos o más elementos en proporciones definidas, se genera un compuesto. La mayoría de los minerales son compuestos químicos.

Argón


Enlace iónico. Un átomo cede sus e- de valencia y el otro los utiliza para completar su capa externa.

Los compuestos iónicos consisten en una disposición ordenada de aniones y cationes que confiere una neutralidad electrónica global. Cada ión tiende a rodearse del mayor número de iones de carga opuesta, compatiblemente con su tamaño y con el tamaño de los iones adyacentes.Esta forma de acercamiento recíproco en la cual esferas iónicas adyacentes tienen que respetar el principio de la mutua tangencia, origina los poliedros de coordinación.


En general los aniones son más grandes que los cationes, por lo tanto la estructura iónica puede ser imaginada como un apilamiento regular y compacto de esferas grandes de carga negativa, en los intersticios de las cuales se anidan esferas pequeñas de carga positiva.

La forma de los poliedros de coordinación depende exclusivamente de la relación entre radio iónico del catión que ocupa el centro del poliedro, y radio iónico de los aniones ubicados en los vértices.

coord. 3triangular coord. 4

tetraédricacoord. 6

octaédricacoord. 8cúbica

coord. 12cubo-octaédrica


1.59

1.24

1.20

.86

.80

.75

.73

.69

.61

.47

.34

rcatión (Å)

≥121.27K+

8.94Na+

8.91Ca2+

6.65Fe2+

6.61Mg2+

6.56Mn2+

6.55Fe3+

6.52Ti4+

6.46Al3+

4.36Al4+

4.26Si4+

coordinaciónrcat / rOcatión

.414

.732

.225

1.0


Enlace covalente. Se produce al compartir e-.Molécula Cl2: cada átomo comparte un e- con el otro, adquiriendo el e- necesario para completar la capa más externa.Los poliedros de coordinación son bien enlazados, pero no aprovechan completamente el espacio, porque por lo general no se mantiene la condición de tangencia entre esferas. El número de coordinación máximo es 4 (tetraedro).

Cloro Cloro

Molécula Cl2

Enlace metálico. Los elementos metálicos contienen sólo de 1 a 3 e- en la capa de valencia, y el enlace entre estos e- y el núcleo es relativamente débil.

Aluminio

Cuando los átomos de Al están agrupados en un bloque de metal, los e- externos dejan de orbitar alrededor de un único átomo, y generan una nube compartida de e-.

La movilidad de los e- de valencia explica la alta conducibilidad térmica y eléctrica de los metales, y su capacidad de deformarse sin fracturarse.


¿Qué es un cristal?Es un sólido geométrico cuya forma respeta el equilibrio interno de los átomos. En otras palabras, es la expresión visible del retículo cristalino de un mineral.

halita (NaCl)

Retículo cristalinoAlineamiento de átomos (iones o moléculas)- homogéneo (extendido infinitamente);- periódico (átomos del mismo elemento se suceden a lo largo de distancias fijas);- discontinuo (son presentes espacios vacíos entre los átomos).


La simetría en los cristales se define con base en la disposición recíproca de algunos elementos de simetría, que pueden ser reales e ideales. El conjunto de estos elementos define el grado de simetría de un cristal. Los cristales de la misma especie tienen siempre el mismo grado de simetría.

Elementos reales- caras: superficies planas que delimitan el cristal;- aristas: segmentos definidos por la intersección de dos caras;- vértices: puntos de encuentro de tres o más aristas.

Simetría en los cristales

Elementos ideales- planos de simetría (m): dividen el cristal en dos partes especulares;- ejes de simetría: líneas que, mediante una rotación α, provocan n repeticiones de un elemento del cristal: α=180°, 120°, 90°, 60° (A2, A3, A4, A6);- centro de simetría (C): punto interno al cristal equidistante de los elementos reales y opuestos del cristal.


Grupos cristalinos (parámetros de las caras)Sistemas cristalinos (ángulos entre los ejes)Monométrico a=b=c

cúbico α=β=γ=90°Dimétrico a=b≠c

tetragonal α=β=γ=90°trigonal α=β=γ≠90°

hexagonal α=β=90°; γ=120°Trimétrico a≠b≠c

ortorómbico α=β=γ=90°monoclínico α≠90°;

β=γ=90°triclínico

α≠β≠γ≠90°

Forma y clasificación de los cristales

Sistema de ejes cristalográficos x, y, z dispuestos en las tres direcciones del espacio, y convergentes en un punto (origen).Si la cara de un cristal encuentra los ejes en los puntos A, B y C, se definen parámetros de la cara (a, b, c) las distancias de A, B y C del origen. Estos parámetros definen la posición de las caras de un cristal en el espacio.


Forma y clasificación de los cristales

Grupos cristalinos (parámetros de las caras)Sistemas cristalinos (ángulos entre los ejes)Monométrico a=b=c

cúbico α=β=γ=90°Dimétrico a=b≠c

tetragonal α=β=γ=90°trigonal α=β=γ≠90°hexagonal α=β=90°; γ=120°

Trimétrico a≠b≠cortorómbico α=β=γ=90°monoclínico α≠90°; β=γ=90°triclínico

α≠β≠γ≠90°

Hábito cristalino. El aspecto que asume el mineral (tabular, prismático, acicular, globular)

Brillo. El aspecto o la calidad de la luz reflejada de la superficie del mineral (metálico, vítreo, perlado, sedoso, resinoso…)

Color. Es una característica evidente, pero poco fiable, pues puede cambiar facilmente debido a la presencia de impurezas (ej: iones extraños en la estructura cristalina del cuarzo)

Raya. Color de un mineral en polvo

Principales propiedades físicas diagnósticas de los minerales




Dureza. Resistencia de un mineral a la abrasión o al rayado

Escala de Mohs



Clivaje y fractura. Tendencia de un mineral a romperse a lo largo de planos de enlaces débiles.Cuando los minerales se rompen uniformemente en más de una dirección, el clivaje se describe por el número de planos exhibido y los ángulos a los cuales se producen.Los minerales que no exhiben foliación cuando se rompen, exhiben una fractura concoide (recuerda al hielo o al vidrio roto).

cuarzo

anfíbol (hornblenda)

mica blanca (muscovita)

Peso específico. Cociente entre el peso de un mineral y el peso de un volumen igual de agua.

Propiedades diagnósticas secundarias


Magnetismo

Tacto

Birrefracción

Sabor

Olor

Maleabilidad

Reacción química con HCl

oromoldeable

halita salada

talco jabonosografito grasoso

magnetita imán natural

el azufre huele a huevo podrido


elemento

Tierra

O 32

Fe 32

Mg 15

Si 14

Ni 1.8

Ca 1.7

Al 1.6

total 98.1Fe y Ni en el núcleo

Manto y corteza: SILICATOS

elemento manto y corteza

O 44

Mg 23

Si 21

Fe 8

Ca 2.5

Al 2.4

total 100.9

Los silicatos se dividen en subclases, dependiendo de cómo su estructura base (SiO4)4- se enlaza con

los iones cercanosSi comparte 1 e- con cada O. Debido a que O posee 2e- de valencia, cada uno puede formar otro enlace:- con un catión ≠ Si;- con otro Si (cadenas, anillos, hojas, estructuras 3D).

Silicatos: los principales minerales terrestres

Sistema ortorómbicoColor: verde muy claro, verde aceituna, amarillo-verde, a veces rojizo (iddingsitización)Fractura concoideDureza: 6.5-7Densidad: 3.22-4.39 g/cm3

Rocas máficas y ultramáficas

Nesosilicatos: tetraedros independientes

OLIVINO (Mg, Fe)2SiO4

Forsterita (Mg2SiO4)-Fayalita (Fe2SiO4)Solución sólida: su composición química varía en modo continuo entre los dos términos extremos.Mg, Fe=vicariantes


sec. 001sec. 100 sec. 010

PIROXENOS XYZ2O6

X Y Z

Na+ 8

Ca2+ 8

Mg2+ 6 6

Fe2+ 6 6

Fe3+ 6

Ti4+ 6

Al3+ 6 4

Si4+ 4

FsEn Mg2Si2O6 Fe2Si2O6

Di

CaMgSi2O6

Hd

CaFeSi2O6

augita

pigeonita

X=Mg, Fe: estructura ortorómbicaORTOPIROXENO (Hiperstena) (Mg, Fe)2Si2O6

Enstatita (Mg2Si2O6)-Ferrosilita (Fe2Si2O6)

X= Ca, Na: estructura monoclínicaCLINOPIROXENO CÁLCICO (Augita) Ca(Mg, Fe)Si2O6

Diópsido CaMgSi2O6

Hedembergita CaFeSi2O6

CLINOPIROXENO SÓDICOJadeita NaAlSi2O6

Egirina NaFeSi2O6


Inosilicatos: cadena simple de tetraedros

PIROXENOS


Inosilicatos: cadena simple de tetraedros

Color: negro, verde oscuroClivaje: dos sistemas que forman un ángulo de 90° en secciones basalesHábito: cristales prismáticosDureza: 6Densidad: 3.2-3.7 g/cm3

Rocas ultramáficas, máficas e intermediasEgirina en rocas ígneas peralcalinas

ortopiroxeno

cpx - augitacpx

egirina

enstatita

diópsido

augita

egirina

augita

ANFÍBOLES W0-1X2Y5Z8O22(OH)2

W X Y Z

elementos Nacoord. 10-12

Na, Ca (coord. 8) Mg, Fe’’, Fe’’’, Al, Ticoord. 6

Si, Alcoord. 4Mg, Fe’’ (coord. 6)

anfíboles Fe-Mg Mg, Fe

anfíboles cálcicos (Na) Ca (Na)

anfíboles sódicos (Na) Na

antofilita Mg Mg Si

cummingtonita-grunerita

Mg-Fe Mg-Fe Si

tremolita-actinolita Ca Mg-Fe Si

hornblenda Na0-1 Ca, Na Mg, Fe’’, Fe’’’, Al, Ti Si, Al

riebeckita Na Fe3Al2 Si

kaersutita Na, K Ca (Mg, Fe’’)4Ti Si6Al2

arfvedsonita-eckermanita

Na Na, Ca Mg, Fe’’, Fe’’’ Si, Al


Inosilicatos dobles: cadena doble de tetraedros

ANFÍBOLES


Inosilicatos dobles: cadena doble de tetraedros

Color: negro, verde-café, verde oscuro, blu (riebeckita)Clivaje: dos sistemas que forman ángulos de 120°-60° visibles en secciones basalesHábito: cristales prismáticos alargados, cristales aciculares (riebeckita); secciones basales a losangaDureza: 5-6Densidad: 3.0-3.5 g/cm3

Rocas máficas, intermedias, ultramáficas (hornblenditas)Riebeckita en rocas ígneas peralcalinasAnfíboles de Fe-Mg: esquistos verdes (protolito máfico, bajo grado metamórfico)Hornblenda: anfibolitas (protolito máfico, grado metamórfico intermedio)Glaucofano: esquistos azules (alta P baja T)

hornblenda

hornblenda

riebeckita


Filosilicatos: hojas de tetraedros que comparten tres oxígenos

BIOTITA

FLOGOPITA

annita siderofilita

eastonitaflogopita

K2Fe6Si6Al2O20(OH)4

K2Mg6Si6Al2O20(OH)4

K2Fe5AlSi5Al3O20(OH)4

K2Mg5AlSi5Al3O20(OH)4

1/3

MICAS NEGRASmicas, arcillas



Color: negro, café oscuro, doradoClivaje: exfoliación en láminasReflejo muy fuerteHábito: cristales laminares a 6 y 4 ladosDureza: 2.5-3Densidad: 2.7-3.3 g/cm3

Rocas volcánicas ricas en K2OMuy común en rocas intrusivas intermedias; mineral máfico más abundante en las rocas félsicasMuy común en rocas metamórficas de protolito pelítico

MICAS NEGRAS



Color: gris claro-perlado

Muscovita: muy común en rocas intrusivas peraluminosas, y en rocas metamórficas de protolito pelítico.Fengita: rocas metamórficas de alta P

muscovita K2 Al4 (Si6Al2) O20 (OH,F)4 fengita K2 Al3(Mg,Fe2+) (Si6Al2) O20 (OH,F)4 paragonita Na2 Al4 (Si6Al2) O20 (OH,F)4

MICAS BLANCAS


Tectosilicatos: estructuras 3D de tetraedros que comparten todos su oxígenos con otros

tetraedros

SiO2

P baja

P media, alta

P altísima

P ultra-alta

temperatura

cristobalita β tridimita β cuarzo β cuarzo α cristobalita α tridimita α cúbica hexagonal hexagonal trigonal tetragonal monoclínica

cuarzo β cuarzo α hexagonal trigonal

coesitamonoclínica

stishovitatetragonal



tetraedrosCUARZO (SiO2)

Color: transparente (aparentemente gris pálido-hielo si rodeado por minerales relativamente oscuros), violeta (amastista), ahumadoFractura concoideReflejo vítreoDureza: 7 (raya el acero)Densidad: 2.65 g/cm3 (cuarzo α)

cuarzo α

Abundante en las rocas graníticasXenocristal en lavas máficasPresente en muchísimas rocas metamórficas

Color: hialino (cuando fresco) o blanco en rocas volcánicas; blanco, rosado o rojo en rocas intrusivasClivaje: dos sistemas a ~90°, no perfectamente visiblesHábito: cristales tabularesDureza: 6Densidad: 2.55-2.63 g/cm3

Sanidino: traquitas y fonolitasOrtoclasa: sienitas, rocas graníticas



tetraedrosFELDESPATOS ALCALINOS(Na,K)AlSi3O8

Soluciones sólidas Albita-Ortoclasa

OrtoclasaSanidino

Anortoclasa



tetraedros

sección [010] sección//(010)(010)

(110)

(001)

sección [010] sección//(010)(010)

(110)

(001)

(010)

(110)

(001)

PLAGIOCLASASSoluciones sólidas Anortita-AlbitaAnortita: CaAl2Si2O8

Albita: NaAlSi3O8

Sistema triclínico, séudo-monoclínicoColor: generalmente blancoClivaje: dos sistemas a ~90°, raramente visiblesHábito: cristales tabulares o acicularesDureza: 6-6.5Densidad: 2.63-2.76 g/cm3



tetraedrosFELDESPATOIDESLeucita: KAlSi2O6

Nefelina: NaAlSiO4

Dureza: 5.5-6Densidad:

leucita: 2.47-2.50 g/cm3

nefelina: 2.56-2.67 g/cm3

Rocas subsaturadas en SiO2

Leucita:Tetragonal séudo-cúbica

NefelinaHexagonal; secciones basales hexagonales, secciones prismáticas casi cuadradas.

Composición del manto: rocas ultramáficas

ortopiroxeno (Mg,Fe)2SiO6

clinopiroxeno Ca(Mg,Fe)Si2O6

olivino (Mg,Fe)2SiO4

Composición de la corteza oceánica: rocas máficas

olivino (Mg,Fe)2SiO4

clinopiroxeno Ca(Mg,Fe)Si2O6

ortopiroxeno (Mg,Fe)2Si2O6

plagioclasa CaAl2Si2O8-NaAlSi3O8

Composición de la corteza continental: rocas félsicas

cuarzo SiO2

feld. alcalino NaAlSi3O8-KAlSi3O8

plagioclasa CaAl2Si2O8-NaAlSi3O8

biotita K(Mg, Fe’’)3AlSi3O10(OH)2

hornblenda Ca2(Mg,Fe)5Si8O22(OH)2


Composición mineralógica de la Tierra silicatada

Minerales no silicatados<8% de la corteza terrestre;- constituyentes importantes de las rocas sedimentarias;- importancia económica.

Carbonatos. Grupo mineral compuesto por el ión carbonato (CO32-) y uno o

varios cationes.


brillo vítreodureza 3-4

sistema romboédricola calcita reacciona vigorosamente con HCl

Caliza y dolomita: constituyentes principales de las rocas sedimentarias calizas y dolomías.

Haluros y sulfatosHalita, NaClYeso, CaSO4·2H2OCapas potentes, vestigios de mares antiguos que se han evaporado hace tiempo.

Calcita CaCO3 Dolomita CaMg(CO3)2

Óxidos, sulfuros, elementos nativos…

Minerales no silicatados


magnetita corindón pirita oro platino

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