NOCIONES ELEMENTALES DE MINERALES ROCA

NOCIONES ELEMENTALES DE
MINERALES
ROCA
• Agregado de uno o
más minerales
• Minerales: juntos,
mezclados, pero
reteniendo sus
propiedades
individuales
• formadas por más de
un mineral,
• algunos minerales
por sí solos en
grandes cantidades. =
rocas y minerales
(Ej. calcita y caliza)
1
Caliza
Onix
Roca = Mineral
Rocas monominerálicas (Ej. calcita y caliza)
Calcita
2
Mineral
• Sólido inorgánico natural
• estructura interna definida y composición química
específica.
• Formado de uno o más elementos unidos para
formar un compuesto químico estable.
• Más de 100 elementos (algunos sólo de
laboratorio).
• Algunos minerales formados por un solo elemento
(Ej. Cu y Au y S)
Elemento
• sustancia mínima que la materia se puede dividir y analizar
por métodos químicos comunes.
• cada elemento es identificado por un símbolo.
• Ejemplos H (hidrógeno), Si (sílice).
• Muchos símbolos provienen del nombre del elemento en
inglés. Otros tienen su raíz en otros idiomas:
– Fe: del latín ferrum
– Cu: del latín cuprum, que deriva del griego Kyprios (isla de
Chipre, donde se explotaba Cu en la antigüedad)
– Na: del latín natrium
3
Estructura
• compuesto por una
serie de átomos
• dispuestos
ordenadamente y
• unidos químicamente
forman una particular
estructura cristalina.
• apilamiento
ordenado de átomos
se refleja en los
cristales = objetos
regularmente
formados
4
ATOMOS
• Partículas más pequeñas de
materia que retienen las
características de un elemento.
• Cada átomo está formado por:
– un núcleo, que contiene
protones muy densos y
cargados positivamente (+) y
neutrones, partículas
igualmente densas y de carga
neutral.
– electrones (en igual número
que los protones), orbitando
alrededor del núcleo, partículas
de carga negativa que se
mueven a tan gran velocidad
que se visualizan como una
nube en torno al núcleo.
NUMERO ATOMICO
Definido por el número de protones
Ej. todos los átomos con 6 protones son de C, los de 8 son O.
La carga positiva de los neutrones es equilibrada por la
negativa de los electrones, ==Î que los átomos son
partículas eléctricamente neutrales
El elemento más simple (H) está formado por un protón y 1
electrón, cada partícula más pesada va aumentando el número
de p y e.
El agregado de electrones sigue un cierto orden de niveles de
energía más bajos a más altos.
Los electrones de las capas exteriores se involucran en las
uniones químicas.
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TABLA PERIODICA DE LOS ELEMENTOS
Uniones o vínculos químicos
- cuando átomos de uno a más elementos se unen para formar un compuesto a través
de fuerzas eléctricas y resultan de un cambio en la estructura electrónica de los átomos
unidos.
-la configuración electrónica de los átomos es importante para determinar la
naturaleza y fortaleza de las uniones químicas.
- La mayoría de los átomos tiene incompletas sus capas exteriores
- en busca del equilibrio (sólo al estar completas) se combina para llegar a tener 8
electrones exteriores.
- un átomo puede ganar, perder o compartir electrones con uno o más átomos.
- Los electrones que se involucran en esta unión se llaman electrones de valencia y su
número determina él # de uniones que formará (Ej. Si tiene 4, O 2 e H 1).
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Unión iónica
- uno o más electrones valencia se transfieren de un átomo a otro para ambos tener
una capa externa completa.
- Ej. NaCl, Na pierde su único electrón de la capa externa y Cl lo agrega a la suya.
Ya no son átomos electrónicamente neutros ya que ninguno tiene electrones =
protones.
- átomos conocidos como iones
- Ión: átomo con carga desigual debido a la pérdida o ganancia de electrones (Los
átomos son eléctricamente neutros). Na se hace + y Cl -.
- La unión iónica resulta de la atracción de estos átomos de cargas opuestas; aquella
en que iones con cargas opuestas se atraen para formar un compuesto químico
neutral.
Nota: las propiedades de un compuesto químico son dramáticamente diferentes de
las de los elementos que las compones
Ej. Cl es venenoso, Na metal reactivo que puede quemar
Unión covalente
• No todos los átomos se combinan formando iones.
• En algunos elementos se comparten los electrones
exteriores para adquirir el arreglo estable de los gases
nobles.
• La Si rápidamente forma uniones covalentes con O para
original los silicatos.
Unión metálica
• La mayor parte de las uniones químicas son una
combinación de ambas.
• caso extremo de compartir la electricidad es el de la donde
los electrones se mueven libremente de un átomo a otro lo
que explica la conductividad de los metales y su facilidad
para ser manipulados (reshaped)
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Masa Atómica
• Las partículas subatómicas como protones y electrones
requieren una unidad especial de medición: unidad de masa
atómica.
• El número de masa de un átomo se obtiene de sumar los
neutrones+protones.
• Como átomos de un mismo elemento pueden tener distintos
números de neutrones, y en consecuencia distinto números de
masa.
• Estos átomos se conocen como isótopos de ese elemento.
• Ej. C 12 y 14. Las masas atómicas promedio se conocen
como peso atómico. En el caso del carbón es cercano a 12
porque 12 es el isótopo más común.
Masa Atómica
• Aunque la mayor parte de
los elementos son estables,
hay isótopos inestables que
se desintegran naturalmente:
radioactividad.
• Ocurre cuando las fuerzas
que unen al núcleo no son
suficientes.
• La tasa a que estos se
desintegran (decaen) es
medible y se utiliza en
geocronología: vida media.
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ESTRUCTURA DE LOS MINERALES
Mineral
compuesto por un arreglo ordenado de
átomos químicamente unidos para formar
una particular estructura cristalina.
el orden se refleja en los objetos de formas
regulares que denominamos cristales.
¿Qué determina la particular forma cristaliza
de un mineral?
- En caso de estar formado por
iones, el arreglo atómico interno es
determinado en parte por la carga de los
iones, pero más por el tamaño de los iones
involucrados. Para establecer compuestos
iónicos estables cada ion positivo (+) será
rodeado por el mayor número de iones
negativos (-) que puedan acomodar mientras
mantenga la neutralidad eléctrica.
ESTRUCTURA DE LOS
MINERALES
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Polimorfos
- Aunque cada mineral
tiene una estructura
interna particular, algunos
elementos pueden
ordenarse en más de una
forma y dar origen a dos
minerales químicamente
idénticos y con distintas
propiedades
- Ej.Grafito (hojas de átomos
de C ampliamente
espaciados y débilmente
unidos fácilmente
deslizables, excelente
lubricante. Diamante
200 Km > P, estructura
muy compacta.
Propiedades físicas de los
minerales
1. Forma cristalina
2. Lustre o brillo
3. Color
4. Raya
5. Dureza
6. Clivaje o exfoliación
7. Fractura
8. Peso específico
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FORMA
CRISTALINA
• cristales no son
escasos aunque no
se ven
normalmente.
• Forma cristalina es
la expresión externa
de un mineral y
refleja el
ordenamiento
interno de los
átomos.
FORMA CRISTALINA
• Sólo se
desarrollará si
no tiene
restricciones de
espacio y
tiempo al
momento de
formarse.
• Lo más común
es que el
crecimiento de
un cristal se
interrumpa por
competencia de
espacio
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• apariencia o
cualidad de como se
refleja la luz en la
superficie de un
mineral.
• Minerales con
apariencia metálica
independientemente
del color----> lustre
metálico.
• no metálicos:
–
–
–
–
LUSTRE
vítreo,
perlado,
sedoso,
resinoso y terroso
(opaco)
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COLOR
• obvio,
• no confiable,
muchas
variaciones
• Ej. Cuarzo,
• otros como S,
siempre
amarillos
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RAYA
• color de un mineral
cuando está molido.
• Requiere una placa
de porcelana.
• Varía menos que el
color externo.
• Los minerales
metálicos en general
tienen raya oscura y
densa y los no
metálicos no
Dureza Mineral
DUREZA
•
•
•
•
resistencia de un mineral a
la abrasión y a ser rayado.
Propiedad relativa que se
determina rayando el
mineral de dureza
desconocida con uno de
dureza conocida o vice
versa.
Un valor numérico se
obtiene de la "Escala de
Dureza de Mohs": minerales
arreglados en orden
creciente de dureza (1-10).
http://www.mineraltown.com/infocol
eccionar/dureza_escala_de_mohs.ht
m
1
Talco
Equivalente diario
Polvo de talco
el más blando
2
Yeso
Uñas del dedo
3
Calcita
Moneda de bronce
4
Fluorita
Clavo de hierro
5
Apatito
vidrio
6
Ortoclasa
Cortaplumas
7
Cuarzo
Cuchillo de acero
8
Topacio
Papel abrasivo
9
Corindón
Rubí
10
Diamante
Diamante sintético
El más duro
14
DUREZA
• La escala la desarrolló Friedrich Mohs, hace
aproximadamente 200 años.
• Los minerales más suaves tienen números bajos, y
los más duros, números elevados.
• Ejemplos
– Uña = 2,5;
– moneda de Cu = 3;
– Vidrio = 5,5.
• El yeso (2) se raya con la uña, calcita raya mi uña,
pero no al cuarzo y cuarzo raya vidrio
Clivaje:
- tendencia de un mineral a
romperse a lo largo de planos
de debilidad--->superficies
suaves.
-va de bien, ha débilmente
desarrollado a ausente;
-distinto de forma cristalina,
-cuando se rompe forma
pedazos igual al original, el cz
no tiene clivaje
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Superficies lisas producidas cuando se
rompe un mineral a lo largo de los planos
de debilidad (clivaje)
A la izquierda, fluorita con 4 planos de
clivaje (8 lados)
Al centro, halita, con tres planos de
clivaje a 90°
A la derecha, calcita, con 3 planos de
clivaje en 75°
Clivaje hojoso, característico de
las micas
FRACTURA
• cuando un mineral
no tiene clivaje, al
romperse muestra
una fractura.
• Los que se rompen
desarrollando
curvas suaves
concoidal; otros en
astillas o fibras,
pero la mayoría
irregularmente
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Gravedad o peso específico
• razón del peso del
mineral al peso de un
volumen idéntico de
agua
• Ejemplo: si un
mineral pesa 3 veces
un volumen igual de
agua su peso
específico es 3
Los minerales metálicos
en general tienen un alto
peso específico
La galena (PbS): 7,5
Oro de 24 kilates: 20
Grupos de minerales
• > 2000 conocidos, otros
por conocerse
• 2 docenas son los más
abundantes, forman
mayoritariamente la
corteza terrestre y se
clasifican como los
minerales formadores de
rocas.
• compuestos
mayoritariamente por sólo
8 elementos los que a su
vez forman el 98%
corteza;
Elemento
Símbolo
% en peso
Oxígeno
O
46,6
Sílice
Si
27,7
Aluminio
Al
8,1
Hierro
Fe
5
Calcio
Ca
3,6
Sodio
Na
2,8
P
2,6
Mg
2,1
Potasio
Magnesio
Otros
1,7
17
Grupos de minerales
• Si y O se combinan
para formar el marco
o esqueleto de los
minerales más
comunes --> silicatos
= Si + O + 1 o más
elementos (- SiO2).
• Siguiente grupo más
común carbonatos
donde la calcita es el
más prominente.
También son
comunes la sal y el
yeso
Grupos de minerales
• Otros minerales son valorados por su valor
económico, en especial el grupo de metales:
• Fe, Zn, Pb, nativos: Au, Ag y C, fluorita,
etc.
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LOS SILICATOS Todos formados por el mismo ladrillo fundamental el
tetraedro de Si y O
Tetrahedro de sílice. 4 átomos de O
que rodean a uno mucho más
pequeño de Si ubicado en el espacio
entre ellos
En la figura inferior las varillas muestran
los enlaces que conectan los iones
LOS SILICATOS Todos formados por el mismo ladrillo fundamental el
tetraedro de Si y O
Compuesto inestable, corresponde a un ion
complejo cargado con 4- (cada O aporta 2- y Si
aporta 4+). En la naturaleza, la forma más sencilla
de neutralizar este tetraedro es con la adición de
iones cargados +. Así es como se origina una
estructura químicamente estable formada por
tetraedros individuales unidos
*
Los tetraedros se pueden unir en
una variedad de configuraciones (cadenas
simples.....etc.). La unión de tetraedros en cada
una de estas configuraciones resulta de compartir
los átomos de O por pares de átomos de Si
*
Dependiendo de la forma en que se
unan los tetraedros se obtienen distintas razones
O/Si (4 a 1 a 2 a 1) ==> mientras más O se
comporten ==> mayor porcentaje de Si en la
estructura. Por lo tanto los silicatos se describen
como de alto o bajo Si dependiendo de este radio.
*
Tamaño relativo y cargas eléctricas de los iones
de los 8 elementos de más comunes en la corteza
y formadores de minerales de roca
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LOS SILICATOS Todos formados por el mismo ladrillo fundamental el
tetraedro de Si y O
*
Estas estructuras silicatadas no son
compuestos químicos neutros en si mismas, por lo
tanto son neutralizadas por la inclusión de iones
metálicos cargados que las unen en una variedad
de formas cristalinas.
*
Los iones más comunes son: Fe, Mg,
K, Na, Al y Ca, cada uno con una particular carga
y tamaño atómico. Los de tamaño similar se
pueden sustituir fácilmente (Ej. Fe+2 y Mg+2); Ca
y Na; Si y Al sin alterar la estructura mineral==>
que debido a esta habilidad de acomodar distintos
iones, un mineral puede variar en el contenido de
ciertos elementos. Por esta razón se expresan en
una fórmula química con los elementos variables
dentro de ( ). Ejemplo; olivino (Fe, Mg)2 SiO4 =
familia de minerales con un rango de
composisiones entre dos miembros extremos.
*
Cuando la sustitución de iones ==>
distinta carga (ej. Ca2+ --> Na1+) ==> que para
mantener la estabilidad Al3+ es reemplazado por
Si4+ ==> doble sustitución. Ocurre con los
Feldespatos que son muy abundantes en la corteza.
Tamaño relativo y cargas eléctricas de los iones
de los 8 elementos de más comunes en la corteza
y formadores de minerales de roca
20
LOS SILICATOS
• aprox. 50% minerales de
corteza, sílice 2º
• Cada grupo caracterizado por
estructura particular estructura.
• Se forman cuando se enfría la
roca fundida (magma). el
ambiente de cristalización y la
composición del magma define
los minerales que se forman
(indican condiciones de formación)
• Ferromagnesianos
• (con Fe o Mg; oscuros,
gravedad específica: 3,23,6)
• No ferromagnesianos (sin
Fe, Mg; claros, gravedad
específica: 2,7).
FERROMAGNESIANOS
•Olivino
•Piroxeno
•Hornblendas
•Biotita
•Granate
Olivino: Alta Tº, negro, verde oliva, lustre vítreo y fractura concoidal, cristales chicos y
redondeados; de apariencia granular; tetraedros unidos por una mezcla de iones de Fe y Mg que
origina una red en 3 dimensiones sin uniones débiles==> sin clivaje.
21
Piroxeno: Negro opaco, 2 planos de clivaje a 90º;
prismáticos. Cadenas simples de tetraedros unidas por iones
de Fe y Mg; con clivajes paralelos a las cadenas de silicatos
Hornblenda: Anfíbola más común; complejo;
verde oscuro a negro, similar al piroxeno; clivaje
en 60º y 120º; elongados. Formada por cadenas
dobles de tetraedros
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Biotita: miembro férrico de las
micas; estructura hojosa que origina
buen clivaje en una dirección; negro,
brillante.
Granate: similar al olivino, lustre vítreo, sin clivaje,
concoidal café a burdeos o rojo oscuro, cristales
equidimensionales, los traslúcido se usan como gemas
No Ferromagnesianos
Muscovita
Feldespato
Plagioclasa
Feldespato potásico
Cuarzo
Arcillas
Muscovita: Familia de las micas, clara,
lustre perlado, buen clivaje.
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Feldespato: El más común de los silicatos,
formado en gran variedades y temperatura y P;
todos con propiedades físicas similares,
•
clivaje a 90º, duros (6),
•
lustre vítreo a perlado,
•
forma rectangular y
•
caras lisas y brillantes.
• Estructura tridimensional que se forma
cuando átomos de oxígeno son compartidos
por el próximo átomo de Si. ¼ de los
átomos de Si están reemplazados por Al.
• Formado por Si, Al, O además de iones
K(+1), Na(+1) y Ca (+2). Porque el ion K
es más grande que los de Ca y Na, forman
dos tipos diferentes de estructuras de
feldespato:
•
ortoclasas (K) y
•
plagioclasas donde Na y
Ca son libremente sustituibles.
Plagioclasas y anfíbolas en 2 rocas igneas
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Cuarzo: Solo Si y O, sílice (SiO2);
estructura tridimensional, mediante la
total compartición de los oxígenos por los
Si de al lado; fuerte unión de los átomos
Si-O
duro, resistente a la erosión y sin clivaje;
fractura concoidal, cristales hexagonales
con formas piramidales, translúcido o
coloreado
ARCILLA
•minerales complejos con estructura hojosa,
•grano muy fino (solo se ve
microscópicamente)
•resultan de meteorización química de otros
silicatos
•forman los suelos;
•muy importantes como minerales industriales; Ej.
caolinita (porcelana), higroscópico, espesantes
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MINERALES NO SILICATADOS
Escasos, pero de gran importancia económica
• Óxidos e Hidróxidos minerales en los que el oxígeno forma enlaces con los
metales: sólo oxígeno en el caso de los óxidos, y oxígeno con hidrógeno (OH-)
en los hidróxidos. Comprenden unos 250 minerales:
•
Carbonatos: Estructura simple, calcita (CaCO3) y dolomita CaMg (CO3)2; lustre
vítreo, dureza 3-4, clivaje rómbico; calcita reacciona con ácido clorhídrico;
dolomita sólo cuando molida; forman calizas y dolomitas (tipos de rocas
sedimentarias).
•
Halita y Yeso: capas de antiguos océanos y salares
•
Recursos Minerales: Dependen del uso, las menas recursos, % y
explotabilidad.
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