Els minerals PDF

Preview

Summary

Download Els minerals PDF

Description

UNIVERSITAT DE GIRONA

Tema 5: ELS MATERIALS GEOLÒGICS (I): ELS MINERALS GEOLOGIA I IVAN MOIX FERNÁNDEZ

ÍNDEX MATÈRIA AMORFA I MATÈRIA CRISTAL·LINA ......................................................................................... 1 CONCEPTES DE MINERAL I ROCA ............................................................................................................ 1 MINERAL ............................................................................................................................................. 1 ROCA ................................................................................................................................................... 2 COMPOSICIÓ I ESTRUCTURA DELS MINERALS ........................................................................................ 2 POLIMORFISME ................................................................................................................................... 3 ISOMORFISME ..................................................................................................................................... 3 PROPIETATS DELS MINERALS .................................................................................................................. 3 PRINCIPALS PROPIETATS FÍSIQUES EMPRADES EN LA IDENTIFICACIÓ DELS MINERALS .................... 3 Forma cristal·lina (!) ........................................................................................................................ 3 Lluïsor (!) ......................................................................................................................................... 4 Color (!) ........................................................................................................................................... 4 Ratlla (!) ........................................................................................................................................... 4 Duresa (!) ........................................................................................................................................ 4 Exfoliació (!) .................................................................................................................................... 5 Pes especific .................................................................................................................................... 5 CLASSIFICACIÓ DELS MINERALS .............................................................................................................. 6 CLASSE I: ELEMENTS NATIUS I ALIATGES NATURALS .......................................................................... 6 CLASSE II: SULFURS, ARSENIÜRS I SULFOSALS .................................................................................... 6 CLASSE III: ÒXIDS I HIDRÒXIDS ............................................................................................................ 7 CLASSE IV: HALOGENURS .................................................................................................................... 7 CLASSE V: CARBONATS, NITRATS I BORATS ........................................................................................ 7 CLASSE VI: SULFATS, SELENIATS, TEL·LURATS, CROMATS, MOLIBDATS I WOLFRAMATS ................... 7 CLASSE VII: FOSFATS, ARSENIATS I VANADATS ................................................................................... 8 CLASSE VIII: SILICATS ........................................................................................................................... 8

MATÈRIA AMORFA I MATÈRIA CRISTAL·LINA Els minerals són importants: MINERAL

USOS

ITRI

TELEFONÍA MÒBIL MEDICIÓ DE CAMPS MAGNÈTICS

SAMARI

RADARS GELICÒPTERS

AMB

TECNOLOGIA

SThealth

(invisibles al radar) ERBI

LÀSERS DENTALS

NEODIMI

iPHONE SISTEMES DE FRENS ABS AIRBAGS

TERBI

PILA DE COMBUSTIBLE: d’Equímica a Eelèctrica

LUTECI

SCANERS PET (UTILITZATS EN MEDICINA) CATALITZADORS QUÍMICS

Taula 1 Taula amb exemplificació d'algunes funcions d'alguns minerals (ppt)

Sabem que la materia es pot trovar com a gas –àtoms en moviment, no enllaços, ocupant tot l’espai posible, compressibles-; també trobem els líquids –àtoms en moviment, enllaços temporals, capacitat de fluir i poc compressibles-; i finalment els sòlids –enllaços fixes i permanents, rígids i incompressibles-. En aquests últims, els sòlids, trobem: 

Matèria amorfa: àtoms o partícules no ordenats



Matèria cristal·lina: ordre tridimensional

CONCEPTES DE MINERAL I ROCA Tota l'escorça està formada per les Roques (dels tres tipus: ígnies, sedimentàries i metamòrfiques).

MINERAL Sòlid inorgànic amb una composició química definida i homogènia a més de tenir una estructura ordenada a nivel dels àtoms i ser d’origen natural.

1

Composició química: ha de ser definida. Cada espècie mineral està formada per un sol element uímic, o per una combinació d’un nombre limitat d’ells. Cada mineral té una fórmula química homogènia, amb només lleugeres variacions aceptables dins d’uns límits. Un exemple vindria a ser la Halita (sal comuna -NaCl-). Format per ions àtoms de sodi i clor 1 a 1 en una estructura d’apilament cúbic.

Il·lustració 1 Disposició geomètrica del NaCl (ppt)

Estructura interna: aquesta és ordenada. Els àtoms están ordenats en l’espai segons un model definit i propi per a cada mineral (estructura cristal·lina).

ROCA Material sòlid natural, que constitueix l’escorça terrestre, format per agregats de partícules d’un o més minerals diferents. Els minerals són els components bàsics de les roques. Poden ser: 

Monomineràliques: un sol mineral. Ex: marbre -> calcita (CaCO3)



Polimineràliques: diversos minerals. Ex: quars (SiO2), feldspat (KAISi3O8) i la mica

COMPOSICIÓ I ESTRUCTURA DELS MINERALS Tot i que alguns minerals estan formats per un sol element, la immensa majoria són compostos químics de dos o més elements.

Existeixen més de 5.000 minerals diferents a la Terra (se'n descobreixen unes quantes desenes més cada any). En canvi, de relativament abundants n'hi ha uns 200-300.

Tan sols una dotzena formen el 98% de les roques de l'escorça (minerals formadors de roques).

Hi ha molts minerals a la Terra gràcies a la combinació dels 100 elements de la taula periòdica en compostos d’entre 1 i 10-12 elements (ocasionalment més). A més tenen estructures cristal·lines molt variades (centenars de diferents, i moltes petites variacions per a una mateixa).

POLIMORFISME El diamant i el grafit: formats per C pero tenen estructures cristal·lina diferent = POLIMORFISME

En el DIAMANT els àtoms de carboni es troben formant una estructura tridimensional compacta, amb enllaços covalents forts. És el mineral més dur que existeix.

En canvi, el GRAFIT té una estructura en làmines amb ellaços forts, unides per enllaços febles. És un mineral molt tou i que es trenca fàcilment en làmines

ISOMORFISME La halita i la fluorita: diferent cmposició NaCl- CaF2 i mateixa estructura cristal·lina = ISOMORFISME

PROPIETATS DELS MINERALS De l'estructura cristal·lina i la composició química de cada mineral se'n deriven un seguit de Propietats Físiques. Estructura i composició són difícils de determinar, calen assaigs complicats i l'ús de tècniques i aparells sofisticats i costosos. Reconèixer les propietats físiques dels minerals és molt fàcil i ràpid: són molt útils ja que pràcticament sempre permeten una diagnosi efectiva de cara a la identificació de les espècies minerals.

PRINCIPALS PROPIETATS FÍSIQUES EMPRADES EN LA IDENTIFICACIÓ DELS MINERALS Forma cristal·lina (!)

Forma externa que adopten els cristalls com a reflex de l'estructura cristal·lina. No sempre es manifesta, sovint els minerals tenen forma irregular. La forma es caracteritza per presentar Cares cristal·lines: superfícies llises amb forma de polígon regular, disposades

Il·lustració 2 Cristalls de quars (ppt)

segons les lleis que regeixen l'estructura interna de la substància. Ex. Cristalls de quars (SiO2) Lluïsor (!) Aspecte que presenta la llum reflectida per la superficie del mineral: 

Metàl·lica: reflexa quasi tota la llum que rep



Submetàl·lica: reflexa una part de la llum rebuda



No metàl·lica: deixa pasar la llum a través seu

Color (!)

Il·lustració 3 Lluïsor de tipus metàl·lic (ttp)

Característica molt evident, però no sempre fiable. Molts minerals es presenten sempre amb el mateix color, però molts també es poden trobar amb múltiples

coloracions

(degut

a

la

presència

d'impureses en la seva composició). Il·lustració 4quars) (ppt) Exemple de colors en minerals (sofre i

Ratlla (!) Color de la pols d'un mineral quan és ratllat o pulveritzat.. Pot coincidir o no amb el color extern, però la ratlla sempre és del mateix color per a un mineral.

Il·lustració 5 Exemple de ratlla dels minerals (ppt)

Duresa (!) Resistència d'un mineral a ser ratllat, Es fa servir una escala relativa, rascant el mineral amb un objecte o altre mineral de duresa coneguda.

Il·lustració 6Escala de Mohs respecte valors de dureza absoluta (ppt)

Exfoliació (!) Tendència d'un mineral a trencar-se per uns plans preferents

amb

unes

orientacions

concretes

(determinades per l'estructura cristal·lina).

Si un mineral no té plans d’exfoliació, es diu que presenta fractura.

Il·lustració 7 Taula d'exfoliació dels minerals (ppt)

Pes especific Relació entre el pes del mineral i el pes del mateix volum d'aigua. És indicador de la densitat, i es pot valorar qualitativament sospesant la mostra amb la mà i valorant si pesa més o menys del que aparenta (aplicable sobretot per a minerals amb pes específic elevat). Altres: algunes propietats que només presenten determinats minerals però que sovint són diagnostiques: 

Gust



Tacte



Olor



Elasticitat



Magnetisme



Efervescència amb àcids



Fluorescència



Fosforescència, etc

CLASSIFICACIÓ DELS MINERALS Tradicionalment s'han classificat en 8 grups o classes de composició química semblant. La classificació deStrunz encara s’utilitza avui en dia: 1. Elements 2. Sulfurs 3. Òxids 4. Halogenurs 5. Carbonats 6. Sulfats 7. Fosfats 8. Silicats

CLASSE I: ELEMENTS NATIUS I ALIATGES NATURALS S'hi inclouen tots els metalls, semimetalls i no metalls que es troben en forma d'elements simples o en forma de compostos naturals, en estat d'oxidació 0. Ex.:

Fe, Cu, Au, Ag, Pt, Hg, Ni, Pb (metalls) S, C, As (semimetalls i no metalls) Electrum AgAu, Amalgama Ag5Hg8 (aliatges)

Grup de minerals molt poc abundants (0,15% massa de l'escorça), tenen interès sobretot per a l'obtenció de metalls.

CLASSE II: SULFURS, ARSENIÜRS I SULFOSALS Combinacions de metalls i no metalls amb S (i As, Sb, Se, Te, Bi). Ex.:

PbS Galena, ZnS Esfalerita FeS2 Pirita, CuFeS2 Calcopirita (Cu, Fe, Ag, Zn)12Sb4S13 Tetraedrita

Poden trobar-se localment en concentracions abundants que fan que tinguin molt interès econòmic com a font de metalls.

CLASSE III: ÒXIDS I HIDRÒXIDS Combinacions de metalls amb O i OH (anhidres o hidratats). Ex.:

Fe2O3 Hematites, FeO(OH) Goethita Cu2O Cuprita, Al2O3 Corindó XY2O4 Espinel·les (X, Y=Fe, Mg, Mn, Zn, Al, Cr…) SiO2 Quars (de fet, es pot considerar un silicat)

Estan presents com a components freqüents de moltes roques, sobretot ígnies i metamòrfiques. En concentracions abundants tenen interès per a l'obtenció de metalls i com a pigments.

CLASSE IV: HALOGENURS Sals de metalls amb F, Cl, Br, I Ex.:

NaCl Halita, KCl Silvinita, CaF2 Fluorita

Poc abundants en roques ígnies i metamòrfiques (només concentracions puntuals tenen interès per a l'obtenció de F). En algunes roques sedimentàries poden ser els components majoritaris (obtenció de sals, Cl, K, I, Br, compostos organoclorats…).

CLASSE V: CARBONATS, NITRATS I BORATS Sals de metalls combinats amb els anions CO32-, NO32- i BO32 Ex.:

CaCO3 Calcita CaMg(CO3)2 Dolomita

Els carbonats són molt abundants a l'escorça, especialment com a components majoritaris en moltes roques sedimentàries de precipitació química i bioquímica, i en els seus equivalents metamòrfics. Els nitrats i els borats són rars.

CLASSE VI: SULFATS, SELENIATS, TEL·LURATS, CROMATS, MOLIBDATS I WOLFRAMATS Sals de metalls combinats amb els anions SO42-, SeO42-, TeO42-, CrO42-, MoO42- i WO42- (anhidres i hidratats). Ex.:

CaSO4 · 2H2O Guix BaSO4 Baritina

El guix i altres sulfats són els components majoritaris en algunes roques sedimentàries evaporítiques bastant abundants. La resta de compostos són escassos, tot i que tenen interès econòmic.

CLASSE VII: FOSFATS, ARSENIATS I VANADATS Sals de metalls combinats amb els anions PO43-, AsO43- i VO43Ex.:

Ca5F(PO4)3 Apatita

Components accessoris de moltes roques ígnies, però sempre en petites quantitats. Interès econòmic com a font de fòsfor, fertilitzants, detergents. Són minerals poc abundants a l'escorça.

CLASSE VIII: SILICATS Base de la seva estructura cristal·lina: anió Silicat Ex.:

SiO44-

(Fe,Mg)2SiO4 Olivina KAlSi3O8 Ortosa (Feldspat potàssic) SiO2 Quars (per la seva estructura es considera un silicat i no pas un òxid)

Grup de minerals més abundants, de llarg, en pràcticament totes les roques (95% de la massa de l'escorça). Els silicats es classifiquen en sis grups diferents, segons la seva estructura cristal·lina. Els tetraedres de silicat s'uneixen entre sí compartint àtoms d'oxígen, cosa que dona com a resultat diverses configuracions: 

Tetraedres aïllats



En grups de 2 o 3



En cadenes senzilles o dobles



En anells



En capes



Formant estructures tridimensionals

Il·lustració 8 Petit resum dels minerals amb formules, plans i estructura interna (ppt)

Diferent proporció:

Si : O...