volcanoes and igneous activity earth - chapter...
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Existen descritos más de 3500 especies minerales (sin incluir variedades)
Sin embargo, solo unos cuantos son importantes en cuanto a su frecuencia
Otros muchos son importantes desde
diversos puntos de vista (economía,
tecnología, propiedades, etc.)
Minerales
Grupos Minerales
Elementos nativos
Óxidos e hidróxidos
Haluros
Sulfuros
Carbonatos
Sulfatos
Silicatos
Otros (fosfatos, vanadatos, molibdatos, wolframatos,…)
Tetraedro de Silicio: SiO4 (carga neta: -4)
Poliedro de coordinación
Ordenamiento de átomos de O alrededor
de un átomo de Si
Silicio (Si+4)
Oxígeno (O-2)
Oxígeno compartido (OC)
• Las estructuras de los
silicatos se caracterizan por
el número de OC’s por cada
átomo de Si.
•Cuanto mayor sea OC/Si,
más compleja y
polimerizada estará
A B
Oxígeno Ión Positivo
etc. etc. etc.
Silicio +
2 +
2 +
+
2 +
2 +
2 +
2
2
+
2 +
2 +
+
2 +
2 +
2 +
2
2
Modelos Estructurales de Silicatos en Cadena: Piroxenos
Estructuras Minerales
[SiO4]4- Tetraedros independientes
Nesosilicatos (Ejemplos: olivino, granates)
[Si2O7]6- Tetraedros dobles Sorosilicatos
(Ejemplos: lawsonita)
n[SiO3]2- n = 3, 4, 6
Ciclosilicatos (Ejemplos: benitoita
BaTi[Si3O9], axinita Ca3Al2BO3[Si4O12]OH, berilo
Be3Al2[Si6O18])
[SiO3]2- Cadenas de tetraedros simples
[Si4O11]4- Cadenas de tetraedros dobles
Inosilicatos (Ejemplos: piroxenos, piroxenoides, anfíboles)
Estructuras Minerales
[Si2O5]2- Capas de tetraedros
Filosilicatos (micas, talco, minerales de la arcilla, serpentina)
Estructuras Minerales
[SiO2] Estructuras 3-D de tetraedros completamente polimerizados
Tectosilicatos (Ejemplos: cuarzo, feldespatos, feldespatoides,
zeolitas)
Cuarzo-alfa
Estructuras Minerales
Olivino: Principalmante en rocas ígneas máficas y
ultramáficas
Fayalita en BIF’s metamorfizados y algunos granitoides alcalinos
Forsterita en mármoles dolomíticos impuros
Nesosilicatos
Granate (001) azul = Si lila = A cyan = B
Granates: A2+3 B
3+2 [SiO4]3
“Piralspitas” - B = Al
Piropo: Mg3 Al2 [SiO4]3
Almandino: Fe3 Al2 [SiO4]3
Espesartina: Mn3 Al2 [SiO4]3
“Ugranditas” - A = Ca
Uvarovita: Ca3 Cr2 [SiO4]3
Grosularia: Ca3 Al2 [SiO4]3
Andradita: Ca3 Fe2 [SiO4]3
Dónde:
Rocas metamórficas
Rocas ígneas ricas en Al
Peridotitas mantélicas
Nesosilicatos
Granate (001) azul = Si lila = A cyan = B
a1
a2
a3
Granates: A2+3 B
3+2 [SiO4]3
“Piralspitas” - B = Al
Piropo: Mg3 Al2 [SiO4]3
Almandino: Fe3 Al2 [SiO4]3
Espesartina: Mn3 Al2 [SiO4]3
“Ugranditas” - A = Ca
Uvarovita: Ca3 Cr2 [SiO4]3
Grosularia: Ca3 Al2 [SiO4]3
Andradita: Ca3 Fe2 [SiO4]3
Dónde:
Rocas metamórficas
Rocas ígneas ricas en Al
Peridotitas mantélicas
Nesosilicatos
Inosilicatos: Piroxenos
Diopsido (001) azul = Si plila = M1 (Mg) amarillo = M2 (Ca)
Diopsido: CaMg [Si2O6]
b
a s
in
¿dónde están las cadenas de Si-O-Si-O ?
Vista en perspectiva
Diopsido (001) azul = Si lila = M1 (Mg) amarillo = M2 (Ca)
Inosilicatos: Piroxenos
IV capa
IV capa
IV capa
IV capa
VI capa
VI capa
VI capa
b
a s
in
Diopsido (001) azul = Si lila = M1 (Mg) amarillo = M2 (Ca)
Inosilicatos: Piroxenos
La estructura de los
piroxenos está
compuesta por hileras
tipo “I” alternantes
(+)
(+) (+)
(+) (+)
Inosilicatos: Piroxenos
La cadena tetraédrica
por encima de M1
está desfasada
respecto de la que está
inmediatamente
debajo
Lo mismo sucede en
las posiciones M2
Ello da lugar a una
celda monoclínica en
los clinopiroxenos
c
a
(+) M1
(+) M2
(+) M2
Inosilicatos: Piroxenos
En los ortopiroxenos
existe otro tipo de
alternacia de hileras de
modo que se produce
una compensación
parcial que da lugar a
una celda de tipo
ortorrómbica
c
a
(+) M1
(-) M1
(-) M2
(+) M2
Inosilicatos: Piroxenos
Fórmula general de los piroxenos:
W1-P (X,Y)1+P Z2O6 Donde
W = Ca Na
X = Mg Fe2+ Mn Ni Li
Y = Al Fe3+ Cr Ti
Z = Si Al
Son minerales anhídros de modo que condiciones de alta temperatura o secas les favorecen en comparación con los anfíboles
Inosilicatos: Piroxenos
Piroxenoides
Wollastonita
(Ca M1)
3-tet repetición
Rodonita
MnSiO3
5-tet repetición
Piroxmangita
(Mn, Fe)SiO3
7-tet repetición
Piroxeno
2-tet repetición
7.1 A 12.5 A
17.4 A
5.2 A
Tremolita (001) azul = Si lila = M1 rosa = M2 gris = M3 (todo Mg)
amarillo = M4 (Ca)
Tremolita:
Ca2Mg5 [Si8O22] (OH)2
b
a s
in
Inosilicatos: Anfíboles
Hornblenda:
(Ca, Na)2-3 (Mg, Fe, Al)5
[(Si,Al)8O22] (OH)2
b
a s
in
Hornblenda (001) azul oscuro = Si, Al lila = M1 rosa = M2
azul claro = M3 (todo Mg, Fe) bola amarilla = M4 (Ca) bola lila = A (Na)
bola cyan = H
Inosilicatos: Anfíboles
Hornblenda (001) azul oscuro = Si, Al lila = M1 rosa = M2
Azul claro = M3 (todo Mg, Fe)
Hornblenda:
(Ca, Na)2-3 (Mg, Fe,
Al)5 [(Si,Al)8O22]
(OH)2
Estructura en filas
tipo “I” igual a la
de los piroxenos,
pero más gruesa
(cadenas dobles)
Inosilicatos: Anfíboles
b
a s
in
(+) (+)
(+)
(+)
(+)
Estructura en filas
tipo “I” igual a la
de los piroxenos,
pero más gruesa
(cadenas dobles)
Clinoamfíboles y
ortoamfíboles
Hornblende:
(Ca, Na)2-3 (Mg, Fe,
Al)5 [(Si,Al)8O22]
(OH)2
Inosilicatos: Anfíboles
Hornblenda (001) azul oscuro = Si, Al lila = M1 rosa = M2
azul claro = M3 (todo Mg, Fe) bola amarilla = M4 (Ca) bola lila = A (Na)
bola cyan = H
Hornblenda:
(Ca, Na)2-3 (Mg, Fe, Al)5
[(Si,Al)8O22] (OH)2
M1-M3 son huecos
pequeños
M4 es más grande (Ca)
La posición A es muy
grande
Gran variedad de
posiciones
Muchas substituciones
posibles
Inosilicatos: Anfíboles
Hornblenda (001) azul oscuro = Si, Al lila = M1 rosa = M2
azul claro = M3 (todo Mg, Fe) bola amarilla = M4 (Ca) bola lila = A (Na)
bola cyan = H
Hornblenda:
(Ca, Na)2-3 (Mg, Fe, Al)5
[(Si,Al)8O22] (OH)2
(OH) está en el centro de
un anillo tetraédrico en el
que O forma parte de un
octaedro M1y M3
(OH)
Inosilicatos: Anfíboles
Hornblenda (001) azul oscuro = Si, Al lila = M1 rosa = M2
azul claro = M3 (todo Mg, Fe) bola amarilla = M4 (Ca) bola lila = A (Na)
bola cyan = H
Fórmula general:
W0-1 X2 Y5 [Z8O22] (OH, F, Cl)2
W = Na K
X = Ca Na Mg Fe2+ (Mn Li)
Y = Mg Fe2+ Mn Al Fe3+ Ti
Z = Si Al
La gran variedad de posiciones cristalográficas da lugar a una gran variabilidad química y a un amplio rango de condiciones de estabilidad
Dado que son minerales hidratados, su estabilidad térmica es limitada
Inosilicatos: Anfíboles
Hornblenda: Tiene Al en la posición tetraédrica
Anfíboles sódicos
Glaucofana: Na2 Mg3 Al2 [Si8O22] (OH)2
Riebeckita: Na2 Fe2+3 Fe3+
2 [Si8O22] (OH)2
Suelen presentar un color azul. Ello da pie a que las rocas que los contienen sean identificadas por esa característica: p. Ej. Esquitos azules
Estas rocas son características de unas condiciones P/T reacionadas con zonas de subducción
Inosilicatos: Anfíboles
Tetraedros de
SiO4
polimerizados
en 2-D sheets:
[Si2O5]
Los O apicales
no están
polimerizados
y se enlazan a
otros
constituyentes
Filosilicatos
Las capas tetraédricas se enlazan con las octaédricas
Los OH se localizan en el centro de los anillos tetraédricos donde no hay O apicales
Filosilicatos
Las capas octaédricas son análogas a los de los hidróxidos
• Brucita: Mg(OH)2
• Capas de Mg octaédrico
coordinados con (OH)
• Espaciados grandes según
c debido a enlaces de van
der Waals débiles
c
Filosilicatos
Gibbsita: Al(OH)3 : Capas de Al(VI) en coordinación con (OH). Al3+ implica que sólo 2/3 de
las posiciones VI pueden estar ocupadas debido a restricciones de balance de carga. Las
capas tipo brucita se denominan trioctaédricas y las tipo gibbsita dioctaédricas
a1
a2
Filosilicatos
Los octaédros son un poco más grandes que
los tetraedros, lo cual provoca que la lámina
T-O se doble
La antigorita mantiene una forma
laminar mediate la alternancia de
segmentos con curvatura opuesta
El crisotilo no lo hace y ello da pie
a que tienda a enrollarse formando
tubos
Filosilicatos: Serpentina
capa de brucita
capa tetraédrica
Los tubos enrollados del crisotilo resuelven la
aparente paradoja de los filosilicatos asbestiformes
S = serpentina T = talco
Filosilicatos: Serpentina
Muscovita: K Al2 [Si3AlO10] (OH)2 (K - AlIV) : Capa T- dioctaédrica (Al3+) - Capa T - K
Filosilicatos
Clorita: (Mg, Fe)3 [(Si, Al)4O10] (OH)2 (Mg, Fe)3 (OH)6
T - O - T - (brucite) - T - O - T - (brucite) - T - O - T - …
Mineral muy hidratado (OH)8: estable a bajas
temperaturas
Filosilicatos
Montmorillonita
Si
Al
Si
Si
Al
Si
Si
Al
Si
0.96 nm
Enlaces de van der Waals débiles
También denominadas esmectitas
Se expande en contacto con el agua
Illita
Si
Al
Si
Si
Al
Si
Si
Al
Si
0.96 nm
Átomos de K+
enlazan las capas
Parecida a la moscovita. Solo 1 de cada 4 posiciones posibles son ocupadas por el K
La substitución de Si4+ y Al3+ por iones de menor
carga (e.g., Mg2+) determina la aparición de excesos
de carga negativa
+ +
+ + +
+
+
_ _ _
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_ _
Bordes con carga (+)
Caras con carga (-)
Partícula de arcilla con carga neta negativa
Arcillas
Los iones divalentes se adsorben más que los monovalentes
Los cationes tienden a ser adsorbidos
más que los aniones
Esto es importante en las arcillas, quienes
poseen un exceso de carga negativa
Las superficies de los sólidos pueden tener carga
eléctrica
Atracción Electrostática
Interacción Agua-Arcilla
Interacción Agua-Arcilla
+ + + +
+
+ +
+
+
+
+
+
+
+
+ + +
+
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+ +
+
+ +
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+ +
+
+
+
+ +
+
cationes - -
- -
- -
- -
- -
- -
- -
partícula de arcilla
capa doble agua libre
A la superficie de la partícula se le adhiere una fina capa de agua adsorbida
Está compuesta por 1-4 moléculas de agua (1 nm de espesor)
Es más viscosa que el agua libre - -
- -
- -
- -
- -
- -
- -
adsorbed water
Interacción Agua-Arcilla
- -
- -
- -
- -
- -
- -
- -
agua libre
double layer
water
agua adsorbida
50 nm
1nm
Interacción Agua-Arcilla
Los piroxenos, anfíboles y filosilicatos poseen características estructurales comunes pero…
¿Por qué sólo existen estructuras poliméricas de cadena simple, de cadena doble o laminares?
¿Por qué no existen estructuras de cadena triple, cuadruple, etc. ?
“Biopiroboles”
Sí existen y reciben el nombre de biopiroboles (biotita – piroxeno – anfíbol)
Portada de Science: antofilita (amarillo) reaccionando para formar chesterita (azul y verde) y jimthompsonita (rojo)
“Biopiroboles”
Imagen HRTEM de antofilita (cadenas dobles), Jimthompsonita (cadenas triples) y chesterita (alternancia de cadenas dobles y triples)
antofilita jimthompsonita chesterita
“Biopiroboles”
Stishovite
Coesite
- quartz
- quartz
Liquid
Tridymite
Cristobalite
600 1000 1400 1800 2200 2600
2
4
6
8
10
Pre
ssure
(G
Pa)
Temperature oC
Tectosilicatos
Cuarzo alfa Proyección 001
Stishovite
Coesite
- quartz
- quartz
Liquid
Tridymite
Cristobalite
Tectosilicatos
Stishovite
Coesite
- quartz
- quartz
Liquid
Tridymite
Cristobalite
Proyección 001
Tectosilicatos
Cuarzo beta (581 ºC)
Proyección 001 – Estructura Cúbica
Stishovite
Coesite
- quartz
- quartz
Liquid
Tridymite
Cristobalite
Cristobalita
Tectosilicatos
Alta presión SiVI
Stishovite
Coesite
- quartz
- quartz
Liquid
Tridymite
Cristobalite
Estishovita
Tectosilicatos
Carbonatos
carbono
oxígeno
Ión calcio
Ión carbonato
Ión carbonato (CO3-2)
Estructura del Carbonato cálcico
Calcita