5_silicatos

Departamento de Ingeniera en Minas. Facultad de Ingeniera. Universidad de Santiago de Chile. 1

Tatiana Ordenes Cataldo [email protected]

Silicatos

Mineraloga y Petrografa. Semestre Primavera 2014

Existen ms de 3500 minerales, pero slo 25 son los ms abundantes. Estos constituyen la mayor parte de las rocas de la corteza terrestre y se denominan

minerales formadores de rocas.

La pequea cantidad de minerales comunes se debe a que muchas combinaciones no son qumicamente posibles y que slo ocho elementos constituyen la casi

totalidad de la corteza terrestre:

Introduccin

minerales formadores de rocas

forman el 98% de la corteza terrestre

2

Los elementos sensu stricto son escasos en la naturaleza.

Tienden a formar compuestos, combinndose unos con otros.

Elementos y compuestos en su estado slido son Minerales.

Introduccin

Naturales

Inorgnicos

Cristalinos

Slidos

Composicin qumica definida (no fija)

3

Sulfuros S-2 y Sulfosales

xidos O-2 e Hidrxidos (OH)

Elementos Nativos

Haluros Cl-1 , F-1

Carbonatos (CO3)-2

Sulfatos (SO4) -2

Otros

Silicatos (SiO4 ) -4

Clases minerales

95% del volumen de la corteza terrestre

Estructura bsica compuesta por O y Si

O y Si representan las partes de la corteza terrestre

Introduccin

4

Introduccin

5 Biotita (mica)

Formadores

de roca ms

comunes

Min

era

les

form

ado

res

de

Ro

cas

Silicatos

Flsicos

Mficos

Cuarzo

Muscovita

Biotita

Feldespato Plagioclasa

Feldespato Potsico

Olivino

Piroxenos

Anfboles

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Silicatos Algunas definiciones

Minerales flsicos: Ricos en elementos como aluminio, sodio, calcio y potasio.

Son normalmente de color claro. Tienen una densidad relativa < 3 gr/cm3.

Minerales mficos: Ricos en magnesio y hierro. La mayora de los minerales

mficos son de color oscuro. Tienen una densidad relativa >3 gr/cm3.

Ganga: Minerales que ocurren con los minerales de mena, pero que no tienen

valor econmico. Ejemplos: cuarzo, feldespatos, micas, calcita, epidota, etc.

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Muscovita

KAl2(AlSi3O10)(OH)2 Piroxeno

(Ca,Na)(Mg,Fe,Al)(Si,Al)2O6

Cmo se forman los minerales?

1. Cristalizacin a partir de un magma

2. Precipitacin desde soluciones

3. Desde una fase de vapor

Biotita K(Mg, Fe)3(AlSi3O10)(OH)2

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Introduccin

Cuarzo SiO2

chimeneas de travertino

Bts

Btp

1.6 mm

Cmo se forman los Silicatos?

Se forman a partir de un magma (roca fundida) y en menor proporcin por fluidos hidrotermales.

El Si y O se combinan para formar la estructura bsica de los minerales ms comunes dentro de la corteza terrestre

Silicatos = Si + O + (1 o ms elementos)

La composicin del magma y el ambiente de cristalizacin definen que minerales se forman.

Los silicatos indican

condiciones geolgicas de formacin

de las rocas

Introduccin

9

Clase de mineral ms importante debido a su abundancia .

Gran parte de los materiales que usamos en la vida diaria (vidrio, abrasivos,

ladrillos, cemento, cermica, etc.) son o derivan de los silicatos. El suelo

agrcola est conformado en gran parte por silicatos.

Silicatos

Importancia

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Formadores

de

roca

Definicin

Minerales cuya unidad fundamental es el tetraedro de silicio y oxgeno, llamado tetraedro de slice, formando materiales basados en su

repeticin.

Tetraedro de slice SiO44-

El tetraedro silicio-oxigeno es un in complejo (SiO4)-4 con carga de -4. Aniones de O (-2)

en cada vrtice y un catin de Si (+4) en el centro.

En un tetraedro de slice cada in de oxgeno ocupa slo la mitad de su enlace disponible, por lo que es inestable. Esto es compensado por la presencia de iones de

carga positiva (Fe, Mg, K, Na, Ca, Al).

Tetraedros individuales enlazados a travs de cationes (estructura qumicamente estable).

Silicatos

11

Silicatos Tetraedro Si-O

12

Tamao relativo y cargas elctricas de iones de los 8 elementos ms comunes en la

corteza y en la estructura de minerales formadores de roca.


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Cada tomo de oxgeno de los tetraedros se une en los vrtices con otros

tetraedros de slice, aunque un vrtice slo puede ser compartido por dos

tetraedros.

La capacidad de unirse los tetraedros de silicio por sus vrtices se denomina Polimerizacin.

A medida que la temperatura de cristalizacin de los silicatos disminuye, el grado de polimerizacin aumenta.

Los oxgenos que pueden compartirse son de 1 a 4 y los silicatos se clasifican segn el nmero de oxgenos que compartan los tetraedros.


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Silicatos Clasificacin

15

Silicatos Serie de Bowen

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(SiO4)4- Tetraedros aislados Nesosilicatos

Olivino (Mg, Fe)2SiO4

Granate A3B2(SiO4)3

(Si2O7)6- Tetraedros dobles (pares aislados) Sorosilicatos

Epidota (Ca2(Al, Fe)Al2O(SiO4) Si2O7)(OH)

(Si6O18)12- Anillos de tetraedros enlazados Ciclosilicatos

Turmalina (Na,Ca)(Li,Mg,Al)(Al,Fe,Mn)6(BO3)3(Si6O18)(OH)4


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(SiO3)n2- Tetraedros Cadenas simples Inosilicatos

Piroxenos:

Augita (Ca,Na)(Mg,Fe,Al)(Si,Al)2O6

(Si4O11)n6- Tetraedros Cadenas dobles Inosilicatos

Anfboles :

Hornblenda (Ca,Na)2-3(Mg,Fe,Al)5Si6(Si,Al)2O22(OH)2

(Si4O10)n4- Tetraedros en lminas Filosilicatos


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(SiO2) Tetraedros estructura tridimensional Tectosilicatos

Cuarzo SiO2 Feldelpato Potsico KAlSi3O8

Feldespato Plagioclasa (SS sdica-clcica): Albita NaAlSi3O8 - Anortita CaAlSi3O8

19

20

Cada clase de silicatos tiene una estructura interna definida y puede exhibir

exfoliacin.

Dado que los enlaces silicio-oxgeno son fuertes, los silicatos tienden a exfoliarse entre las estructuras silicio-oxigeno ms que a travs de ellas.

Por ejemplo, las micas tienen una estructura laminar, por tanto, tienden a exfoliarse en placas planas.

El cuarzo, que tiene enlaces silicio-oxgeno de igual fuerza en todas las direcciones, no tiene exfoliacin, por lo tanto, se fractura (fractura concoidal).


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Silicatos Exfoliacin

Silicatos Caractersticas Nesosilicatos

Los nesosilicatos (de neso = isla) deben su nombre a que los tetraedros (SiO4) de slice aislados, unidos entre s con enlaces

inicos por medio de cationes intersticiales.

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Propiedades caractersticas:

Presentan un empaquetamiento atmico denso que les confiere valores relativamente altos de

dureza y peso especfico.

No tienen grupos (OH) ni molculas de agua.

Generalmente no poseen exfoliacin.

Hbitos cristalinos equidimensionales. Tetraedros independientes

(SiO4)4

Cristalizacin a partir de magmas bsicos y ultrabsicos.

Mineral comn en rocas bsicas y ultrabsicas, en las que pueden entrar como componente prcticamente

nico (dunitas) o junto a piroxenos y plagioclasas

(peridotitas), siendo un componente importante en

basaltos.

Nesosilicato donde el hierro y magnesio pueden entrar en cualquier proporcin, dando lugar a una solucin

slida completa, cuyos extremos seran fayalita, el

trmino con slo hierro Fe2SiO4, y forsterita, slo con

magnesio Mg2SiO4.

Es fcilmente alterable debido a que es estable en condiciones del manto terrestre (mayor T y P que en la

corteza).

Usos: Rocas ricas en olivino son utilizadas para la fabricacin de refractarios. Las variedades

transparentes de grandes cristales verdes se utilizan

en joyera como gemas (peridoto).

Silicatos Nesosilicatos

Olivino (Mg,Fe)2SiO4

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Propiedades fsicas

Dureza (H): 6,5 a 7. Densidad: 3,2 a 4,2 g/cm3, segn su riqueza en hierro. Color: verde oliva a verde amarillento (a veces parduzco por oxidacin del hierro). Brillo: vtreo. Raya: Blanca Fractura: concoidal Hbito: Normalmente presenta hbito prismtico, granular fino y masivo.



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fayalita Fe2SiO4 forsterita Mg2SiO4

Dentro de la estructura mineral el contenido de ciertos elementos puede variar, en

funcin de su habilidad de acomodar distintos iones.

Se expresan en una formula qumica con elementos variables dentro de parntesis ( ).



25

Ejemplo: Olivino (Fe, Mg)2SiO4

Familia de minerales con un rango de composicin entre dos

miembros extremos, Fe y Mg.

Solucin Slida Dos o ms elementos distintos con

posibilidad de ocupar en distintas

proporciones una misma posicin atmica


Granate A3B2(SiO4) 3 Mineral comn con un variado intercambio de cationes (Mg, Fe, Mn, Ca, Al, Cr).

En rocas metamrficas. Tambin como accesorio en rocas gneas y en vetas pegmatticas.

Se altera con frecuencia (por su ambiente de formacin), pasando a otros minerales como talco,

serpentina y clorita.

Usos: Las aplicaciones del granate estn relacionadas con su dureza y densidad

relativamente altas, resistencia qumica y no

toxicidad, que permiten que tenga aplicacin como:

abrasivo para eliminacin de xidos sobre

superficies metlicas, revestimientos abrasivos,

filtrado de aguas, corte por chorro de agua

y pulido.

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Granate A3B2(SiO4) 3

Propiedades fsicas

Dureza (H): 6,5 a 7,5. Densidad: 3,5 a 4,3 g/cm3 Color: comnmente rojo, castao, amarillo, verde, negro. Brillo: vtreo a resinoso Raya: Blanca Fractura: concoidal Hbito: Caracterizado por su hbito cbico (dodecaedros, trapezoedros). Tambin granular y masivo.

piropo Mg3Al2(SiO4)3 grosularia Ca3Al2(SiO4)3 uvarovita Ca3Cr2(SiO4)3

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Silicatos Caractersticas Sorosilicatos

Los sorosilicatos, (del griego "soro" = grupo), se caracterizan por la

presencia de pares aislados de tetraedros de slice unidos que

comparten el oxgeno del vrtice.

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(Si2O7)6- Tetraedros dobles

(pares aislados)

Silicatos Sorosilicatos


Se forma con frecuencia durante el metamorfismo de calizas impuras. Tambin como

mineral de alteracin en sistemas de prfidos Cu.

Puede encontrarse como mineral de alteracin de plagioclasa, piroxeno y anfbola y biotita,

tambin como vetillas en rocas granticas.

Normalmente asociada a clorita.

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Propiedades fsicas

Dureza (H): 6 a 7 Densidad: 3,35 a 3,45 g/cm3. Color: comnmente verde pistacho, amarillo verdoso a negro. Brillo: vtreo Raya: Blanca a gris Fractura: concoidal Hbito: Prismtico radial, acicular radial, granular fino, fibroso, masivo.

Silicatos Sorosilicatos


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Silicatos Caractersticas Ciclosilicatos

Los ciclosilicatos (del griego cyclo= anillo) forman anillos de tetraedros de slice enlazados, existiendo tres configuraciones posibles: 3, 4 o 6 tetraedros.

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(Si6O18)12-

Anillos de tetraedros enlazados

Silicatos Ciclosilicatos


Se encuentra como mineral accesorio en

rocas gneas y metamrficas y como producto

de alteracin hidrotermal . (Ej: El Teniente,

Andina).

El yacimiento ms comn es la pegmatita grantica.

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Silicatos Ciclosilicatos


Propiedades fsicas

Dureza (H): 7 a 7,5 Densidad: 3 a 3,25 g/cm3. Color: comnmente negro (Fe), pardo (Mg), verde (Ca), rojizo, rosado, azulado, amarillento.

Brillo: vtreo a resinoso Raya: marrn Fractura: concoidal Hbito: Prismtico con estraciones verticales, tabular, granular fino, fibroso, masivo.

Chorlo Dravita Uvita

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Los inosilicatos (del griego ino= cadena) estn formados por tetraedros de slice que se unen formando cadenas simples y dobles.

Silicatos Caractersticas Inosilicatos

34

Propiedades fsicas:

Tienen color, brillo y dureza similar. Hbito prismtico Presentan exfoliacin.

Basada en la complejidad de la estructura formada por Tetraedro de slice SiO44-

(SiO3)-2

Cadenas simples de Tetraedros

(Si4O11)-4

Cadenas dobles de Tetraedros

Silicatos Caractersticas Inosilicatos

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Silicatos Inosilicatos

Cadenas simples

Piroxeno XYSi2O6

(Ca,Na)(Mg,Fe,Al)(Si,Al)2O6 Augita

El piroxeno es constituyente comn de rocas gneas mficas (peridotitas, gabros, noritas y basaltos),

asociado a olivino, plagioclasas, algunas anfbolas,

granate, entre otros. Cuando es el principal

constituyente la roca se denomina piroxenita.

Puede encontrarse en rocas metamrficas.

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Propiedades fsicas

Dureza (H): 5,5 - 6 Densidad: 3 a 3,6 g/cm3. Color: comnmente negro (augita), grisceo, amarillento, verdoso, castao (enstatita). Brillo: vtreo Raya: gris verdosa Clivaje : perfecto ( 2 direcciones en 90) Hbito: Prismtico grueso, granular, fibroso, masivo.


Cadenas simples

Piroxeno XYSi2O6

Enstatita Augita

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Silicatos Inosilicatos Cadenas dobles

Anfibol W0-1X2Y5Z8O22(OH,F)2

(Ca,Na)2-3(Mg,Fe,Al)5Si6(Si,Al)2O22(OH)2 Hornblenda

Mineral importante por su abundancia

en rocas gneas, donde es constituyente

comn de rocas gneas intermedias a

cidas.

Se encuentra en rocas metamrficas principalmente de grado medio.

Puede transformarse en piroxeno bajo condiciones especficas de metamorfismo

o alteracin.

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Cadenas dobles

Anfbol W0-1X2Y5Z8O22(OH,F)2

Propiedades fsicas

Dureza (H): 5 - 6 Densidad: 3 a 3,4 g/cm3 Color: tonalidades verdosas oscuras a negras Brillo: vtreo a graso Raya: gris blanca Clivaje: Perfecto (en dos direcciones 60 y 120) Hbito: Prismtico delgado y largo, fibroso, masivo.

Hornblenda Actinolita

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Similitudes:

Qumicas: Presentan los mismos cationes

Fsicas: Poseen color, dureza y brillo similares. Hbito prismtico

Cristalogrficas: monoclnicos y a veces rmbicos

Diferencias:

Los anfboles son minerales hidratados presencia del grupo (OH)- .

Los piroxenos forman prismas gruesos y cortos, las anfbolas forman prismas delgados, llegando a ser ocasionalmente aciculares.

Presentan exfoliaciones en dos direcciones distintas: 2 planos a ~ 90 en piroxenos

2 planos a ~ 60 y a ~120 en anfboles.

Los piroxenos se forman comnmente a mayores T que los anfboles y antes en el proceso de cristalizacin.

Los piroxenos se asocian a rocas ms oscuras que los anfboles.


Caractersticas Piroxenos y Anfboles

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Piroxeno: clivaje en ~ 90 debido a la estructura en cadena simple

Anfbol: tiene 2 clivajes en ~ 60 y ~ 120 debido a la estructura en cadena doble


Exfoliacin Piroxenos y Anfboles

41


Exfoliacin Piroxenos y Anfboles

42

Piroxenos

Anfboles

Direcciones

de exfoliacin Caras

cristalinas

Silicatos Caractersticas Filosilicatos

Silicatos formados por tetraedros de slice unidos en forma de lminas de

extensin indefinida (Phyllon = hoja).

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Propiedades fsicas:

Hbito hojoso, exfoliable o micceo.

Una direccin de exfoliacin dominante.

Blandos y flexibles.

Livianos.

Los filosilicatos son minerales hidratados presencia del grupo (OH-). (Si2O5)

-2 Capas o lminas de

Tetraedros

Silicatos Filosilicatos


Mica negra contenido de Mg y Fe. Mineral comn. Se forma en una gran variedad de condiciones geolgicas: en rocas gneas

intrusivas y extrusivas, rocas metamrficas, y

como producto de alteraciones ricas en K.

Se distingue por su exfoliacin miccea y color pardo oscuro.

Mica blanca contenido de Al Mineral comn en variados tipo de ambientes geolgicos: en rocas gneas granticas y en rocas

metamrficas (esquistos micceos). Tambin en

alteracin hidrotermal.

Aparece comnmente como alteracin de feldespatos en forma de sericita.

Se distingue por su exfoliacin miccea muy perfecta y color claro.

Moscovita KAl2(AlSi3O10)(OH)2

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Biotita Propiedades fsicas

Dureza (H): 2.5 - 3 Densidad: 2,8 a 3,2 g/cm3 Color: Pardo oscuro, pardo verdoso, pardo negro Brillo: vtreo a perlado Raya: blanca gris Clivaje: Perfecto a Excelente Hbito: Micceo, prismticos cortos o tabulares, agregados escamosos y masivo.

Muscovita Propiedades fsicas

Dureza (H): 2 2,5 Densidad: 2,7 a 2.8 g/cm3 Color: Incoloro, tonalidades claras blancas a amarillas Brillo: vtreo a perlado Raya: incolora o blanca Clivaje: Perfecto a Excelente Hbito: Micceo,laminar, agregados escamosos y masivo.

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Caolinita Al2Si2O5(OH)4

El trmino arcilla hace referencia al mineral arcilla (silicatos alumnicos hidratados) y al tamao arcilla (< 1/256 mm).

Mineral de origen suprgeno, producto de meteorizacin o alteracin hidrotermal de silicatos de aluminio,

particularmente feldespatos.

Como producto comn de la descomposicin de rocas, se halla en los suelos y en lechos de aguas tranquilas.

Se distingue por su brillo terroso a mate, dureza 2 y jabonoso al tacto.

Talco Mg3Si4O10(OH)2

Mineral de origen secundario formado por la alteracin de silicatos de magnesio (olivino, piroxenos, anfbolas).

Tambin es comn en rocas con metamorfismo de bajo grado.

Se caracteriza por ser blando (1), con hbito hojoso y de tacto graso.


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Caolinita Propiedades fsicas

Dureza (H): 2 Densidad: 2,6 g/cm3 Color: Blanco, amarillento Brillo: Mate, terroso, nacarado Raya: blanca Clivaje: Perfecto (basal) Hbito: Masivo, arcilloso (compacto o disgregado) Se adhiere medianamente a la lengua.


Talco Propiedades fsicas

Dureza (H): 1 Densidad: 2,7 a 2,8 g/cm3 Color: Blanco, gris, verde manzana Brillo: Perlado a graso Raya: - Clivaje: Perfecto (basal) Hbito: tabular, hojoso, compacto y masivo.

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Clorita (Mg, Fe)3(Si, Al)4O10(OH)2(Mg, Fe)3(OH)6

Constituyente comn en rocas gneas, donde se encuentra como resultado de la alteracin de silicatos de

Mg-Fe, como los piroxenos, anfbolas, biotita y granate.

Es un mineral comn en rocas metamrficas, siendo indicativo de la facies metamrfica esquistos verdes.

En algunos yacimientos (prfidos Cu) es mineral caracterstico de alteracin Propiltica (clortica).

El color verdoso que presentan muchas rocas gneas se debe a este tipo de alteracin.

Se caracteriza por su color verde, hbito micceo y

exfoliacin

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Clorita Propiedades fsicas

Dureza (H): 2 2.5 Densidad: 2,6 a 3,3 g/cm3 Color: verde en varias tonalidades Brillo: vtreo a perlado Raya: blanca a verde clara Fractura: Astillosa Hbito: Masivo, granular fino, cristales tabulares.

49


Crisocola 36 Cu% aprox.

(Cu2+,Al)2H2Si2O5(OH) nH2O

Mena menor de Cobre.

Es un hidratado o precipitado gelatinoso con amplias variaciones en su composicin

qumica.

Mineral de origen secundario que se presenta en la zona de oxidacin.

50

Crisocola 36 Cu% aprox.

(Cu2+,Al)2H2Si2O5(OH) nH2O

Propiedades fsicas

Dureza (H): 2 - 4 Densidad: 2,0 a 2,4 g/cm3 Color: verde a azul calipso Brillo: vtreo o mate Raya: blanca Fractura: concoidal Hbito: Criptocristalino, masivo, terroso, nodular, botroidal, bandeado.

Comnmente la lengua se adhiere a su superficie.

Tiene menor dureza que la turquesa (6).

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Silicatos Tectosilicatos

Los tectosilicatos (del griego tecto= armazn) constituyen aproximadamente el 64% de la corteza terrestre.

Silicatos en los que los tetraedros de slice comparten sus 4 oxgenos con

tetraedros vecinos, generando una estructura tridimensional de fuertes

enlaces.

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(SiO2) Mallas complejas de Tetraedros 3D

totalmente polimerizados


Cuarzo SiO2

Mineral comn y abundante que se forma en una gran variedad de condiciones geolgicas: en rocas gneas,

rocas metamrficas, como mineral de ganga en

yacimientos minerales.

En rocas sedimentarias es muy comn ya que es estable y persiste en forma de sedimento (ej. arena).

Se distingue por su brillo vtreo, fractura concoidea,

dureza (7) y hbito prismtico (alargados con formas

puntiagudas).

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Cuarzo SiO2 Propiedades fsicas

Dureza (H): 7 Densidad: 2,65 g/cm3 Color: Incoloro o blanco (puro), coloreado por impurezas

Brillo: vtreo Raya: blanca Fractura: concoidal Hbito: cristales prismticos estrados horizontalmente, masivo.


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Impurezas de manganeso y titanio xidos hidratados de hierro

Aluminio sustituyendo al Silicio

microinclusiones de

turmalina y crisocola

Cuarzo de baja temperatura


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Cuarzo de alta temperatura ( > 573C)


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Feldespato potsico KAlSi3O8

La ortoclasa es componente importante de rocas gneas intrusivas porfdicas que se han enfriado a moderada

profundidad.

La microclina es el constituyente principal en rocas gneas intrusivas que se enfran lentamente y en

profundidad.

La sanidina se presenta como fenocristales en rocas gneas extrusivas, como riolitas y traquitas, que se enfran

rpidamente a partir de una T inicial elevada de erupcin.


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Ortoclasa KAlSi3O8 Propiedades fsicas

Dureza (H): 6 Densidad: 2,57 g/cm3 Color: comnmente rosado claro, incoloro, blanco, gris claro.

Brillo: vtreo Raya: blanca Exfoliacin: Buena, dos planos en 90 Hbito: cristales prismticos granular, masivo.


58

Feldespato Plagioclasa (sdico clcico)

NaAlSi3O8 albita CaAlSi3O8 anortita

Son ms abundantes que los feldespatos potsicos. Se encuentran en rocas gneas,

metamrficas y rara vez en rocas sedimentarias.


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Feldespato Plagioclasa (sdico clcico)

NaAlSi3O8 albita CaAlSi3O8 anortita

Propiedades fsicas

Dureza (H): 6 Densidad: 2,62 (ab) a 2,76 (an) g/cm3 Color: incoloro, blanco, gris claro. Brillo: vtreo a perlado Raya: blanca Exfoliacin: Buena, dos planos en 90 Hbito: cristales tabulares, granular, masivo.

60

Resumen Silicatos

61

5_silicatos

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