TEMA 6 Minerales - Apuntes 6 PDF

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Apuntes Minerales con fotos en color muy completos...

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TEMA 6 MINERALES

BLOQUE II -

TEMA 6: MINERALES

Minerales: componentes básicos de las rocas. Átomos: Las unidades de construcción de los Minerales. Tipos de enlaces. Isótopos y desintegración radiactiva. Cristales y cristalización. Variaciones de composición y estructura de los minerales. Propiedades físicas de los minerales. Denominación y clasificación de los minerales. Los silicatos. Silicatos comunes. Minerales no silicatos importantes.

Minerales: Componentes básicos de las rocas Mineralogía (mineral-mineral ; ología-el estudio de). Definición de Mineral (geólogos): Cualquier sólido, normalmente inorgánico, natural que posea una estructura interna ordenada y una composición química definida. Debe presentar las siguientes características: 1.Aparece de forma natural. (Diamantes sintéticos: No son minerales)

Cuarzo (cristal de roca)

Diamante sintético

2. Normalmente inorgánico. (Carbonatos, esqueletos de calcita) Coral fósil Caliza nummulítica

Micro foraminíferos actuales 3. Sustancia sólida. En condiciones normales de P y T en la superficie terrestre. (Hielo mineral, Hg sólido a -38.6oC----Mineral: Cinabrio, HgS

Gotas de Hg en cinabrio

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Cinabrio

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4. Estructura interna ordenada: sus átomos deben estar dispuestos según un modelo definido. (Obsidiana, ópalo, ámbar...no son minerales)

5. Debe tener una composición química definida, que puede variar dentro de unos límites. Soluciones sólidas: Plagioclasas (albita NaAlSi3O8-labradorita (CaNa)(AlSi)4O8- (anortita CaAlSi3O8)

Albita, NaAlSi3O8

Labradorita (CaNa)(AlSi)4O8

Anortita CaAlSi3O8

Las rocas se definen de una manera menos precisa: Una roca es cualquier masa sólida de materia mineral, o parecida a mineral, que se presenta de forma natural como parte de nuestro planeta. - Monominerales: compuestas por un solo mineral (roca sedimentaria caliza--- calcita). - Poliminerales: mayoría compuestas por varios minerales (Granito) - No minerales: Algunas rocas compuestas de materia no mineral (rocas volcánicas obsidiana y pumita-sustancias vítreas no cristalinas-, y carbón-restos orgánicos sólidos).

OBSIDIANA

CALIZA

CARBON

PUMITA

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TEMA 6 MINERALES Átomos: Las unidades de construcción de los Minerales Minerales compuestos por átomos (partículas más pequeñas que no pueden ser químicamente divididas). Compuestos por: - Protones (p+) (núcleo del átomo) - Neutrones (n) (núcleo del átomo) - Electrones (e-) (nubes de carga alrededor del núcleo) Propiedades de los portones, neutrones y electrones - Protones: - Partícula densa. - Carga eléctrica positiva: +1. - En el núcleo. - Neutrones - Partícula densa. - No tiene carga eléctrica. - En el núcleo. - Electrones - Partícula de masa despreciable (0,0005 veces la del p+. Comparación: p+ masa de pelota de béisbol---e- masa de grano de arroz). - Carga eléctrica negativa: -1. Mayoría de la materia mismo no de p+ que de e-: Eléctricamente neutra. - Alrededor del núcleo en nubes de carga negativa: - Capas principales: con nivel de energía asociado - Capa más externa: e- de valencia: e- que interaccionan con otros átomos para formar enlaces químicos. Elementos definidos por su número de protones - Número atómico: Número de protones en un núcleo atómico. - Determina naturaleza química de un átomo: Átomos con mismo no de p+ presentan mismas propiedades físicas y químicas. - Elemento: grupo del mismo tipo de átomos. 90 elementos naturales y 23 sintetizados. - Tabla periódica: disposición de los elementos en columnas según sus propiedades. - Minerales: compuestos por los átomos de los elementos que aparecen de forma natural. - Algunos minerales formados por un único elemento: Oro, Cu, S, Diamante. - Mayoría de minerales son compuestos químicos (formados por átomos de varios elementos)

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TEMA 6 MINERALES ¿Por qué se unen los átomos? - Excepto el grupo de los gases nobles, los átomos se unen unos con otros bajo las condiciones terrestres. - Átomos se enlazan y forman: Compuestos iónicos, moléculas, sustancias metálicas. - Las fuerzas que mantienen unido al átomo y fuerzas que enlazan unos átomos con otros: Fuerzas eléctricas: disminuyen la energía total de los átomos unidos, haciéndoles más estables. - Electrones de valencia (capa externa del átomo) intervienen en los enlaces químicos. - Átomo: primera capa sólo puede tener 2e-, segunda capa y superiores, se alcanza configuración estable cuando capa de valencia tiene 8e-. - Cuando la capa de valencia de un átomo no contiene 8e-: Enlace químico: consiste en transferir o compartir los e- que permiten a cada átomo obtener una capa de valencia completa.

Tipos de enlaces químicos: - Enlace iónico: Transferencia de e- de valencia entre elementos formando iones. - Enlace covalente: e- compartidos por los átomos. - Enlace metálico: e- de valencia compartidos por todos los átomos de la sustancia En los tres tipos de enlaces, los átomos que forman el enlace consiguen configuraciones electrónicas estables con 8e- en sus capas más externas.

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Enlace iónico: la transferencia de electrones - Un átomo cede uno o más de sus e- de valencia a otro para formar iones. - Iones: átomos con carga: - Positiva: catión: átomo que pierde e- Negativa: anión: átomo que gana e- Iones con carga opuesta se atraen con gran intensidad: Unión formando compuestos iónicos. - Halita: mineral formado por Cl y Na mediante enlace iónico: - Na cede su único e- de valencia al Cl: - Na y Cl alcanzan configuración estable con 8e- de valencia en sus últimas capas. - Al producirse la transferencia electrónica: Átomos no son eléctricamente neutros: - Na: carga + (11 p+ y 10e-) - Cl: carga – (17 p+ y 18 e-) - Al tener cargas opuestas se atraen: Enlace iónico: atracción de iones con cargas opuestas entre sí formando un compuesto eléctricamente neutro. Enlaces covalentes: compartiendo electrones - Fuerzas que mantienen juntos a los átomos no se pueden explicar por la atracciones de iones con cargas opuestas: Molécula de H2: átomos de H permanece unidos sin presencia de iones, si no mediante el Enlace Covalente: enlace químico en el que átomos comparten un par de e-. - Dos átomos de H (cada uno con 1p+ y 1e-): Al encontrarse sus e- son compartidos por ambos átomos y atraídos al mismo tiempo por la carga + del p del núcleo de cada átomo. - Atracción entre los dos e- y ambos núcleos: Forma la Molécula H2: aunque no existen iones en estas moléculas, la fuerza de unión proviene de la atracción de partículas de cargas opuestas (p+ de los núcleos y e- compartidos por los átomos). - Silicatos: Enlace covalente entre el Si y O.

Enlaces metálicos: los electrones tienen libertad de movimiento - Enlace metálico: los e- de valencia tienen libertad para moverse de un átomo a otro: todos los átomos comparten los e- de valencia disponibles. - Lo presentan metales: oro, cobre, plata. - Responsable de la elevada conductividad eléctrica de los metales, facilidad de moldeado...

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Oro Plata Otros enlaces híbridos - Muchos enlaces químicos son híbridos que consisten en cierto grado de compartir e- y en cierta medida en la transferencia de e-. - Silicatos: Tetraedros de Si y O (enlace covalente) unidos a su vez con otros átomos mediante enlaces iónicos y covalentes. Isotopos y desintegración radiactiva - Número másico: número de p+ y neutrones que presenta un átomo. Átomos de un mismo elemento siempre presentan el mismo número de p+, pero el número de neutrones puede cambiar. - Isótopos: átomos con mismo no de p+, pero distinto no de neutrones (distinta masa e igual no de p+ y e-). - Desintegración radiactiva: se produce cuando los núcleos de algunos átomos son inestables, convirtiéndose en otros isótopos del mismo elemento, o enteramente en átomos de otro elemento. - Isótopos del mismo elemento: no másico después del símbolo del elemento: C-12 (6n y 6p+); C-13 (6p+ y 7n); C-14 (6p+ y 8n). - Isótopos de distintos elementos: Un elemento con núcleo inestable se desintegra en otro isótopo estable (238U a 206Pb). - Durante la desintegración radiactiva los isótopos radian energía y emiten partículas (calor en el interior de la Tierra). - Velocidad a la cual se desintegra un isótopo es medible: Se utilizan para datar rocas.

Cristales y cristalización - Cristal: cualquier sólido natural con una estructura atómica ordenada, repetitiva. - Morfología externa definida (menos abundantes en la naturaleza) - Informe (más abundantes en la naturaleza).

Amatista informe Geoda de Amatista ¿Cómo se forman los minerales? - Cristalización: Proceso por el cual se forman los minerales. Tres modos amplios de cristalización: a) Cristalización de sales: - Evaporación de una disolución acuosa (agua) con iones disueltos: aumenta concentración del material disuelto---se produce saturación---iones se juntan, precipitando sustancias cristalinas (Calcita-YesoAnhidrita-Halita-Sales de K y Mg). Lagunas de evaporación de sal, Great Salt Lake (Utah). Zonas áridas con elevada tasa de evaporación.

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TEMA 6 MINERALES b) Cristalización por cambio de T: - Descenso de T: líquidos cristalicen a sólidos (cristalización de minerales a partir del enfriamiento del magma durante su ascenso a la superficie: rocas ígneas). c) Cristalización por procesos biológicos: - Actividad bacteriana produce cristalización de materia mineral: Pirita, en capas de Lutitas y carbón. - Precipitación de calcita a partir de micro foraminíferos marinos (roca caliza)

Micro foraminíferos Roca ígnea ( Granito) Pirita bacteriana - Cuando un cristal presenta una morfología externa definida: Manifestación del empaquetado ordenado de los átomos o moléculas que constituyen la estructura interna del mineral.

- La verificación experimental no se produjo hasta el descubrimiento de los Rayos X (1912): RX difractados por los minerales: patrón de difracción resultante está en función del espaciado y la distribución de los átomos en el cristal, siendo exclusivo de cada mineral.

- Estructuras cristalinas: Colecciones tridimensionales de aniones (esferas de mayor tamaño) y cationes (esferas de menor tamaño)localizados en los espacios que quedan entre los primeros, de forma que las cargas positivas y negativas se neutralizan unas con otras. - Celda unidad: Unidades básicas de construcción que se combinan para formar cristales de un mineral.

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- Minerales formados por celdas unidades similares pero presentan formas externas distintas: celda unitaria cúbica: Fluorita, Magnetita y Granate. - Ley de Steno: Ley de constancia de los ángulos interfaciales: - Ángulos entre caras equivalentes de cristales del mismo mineral son siempre los mismos.(independientemente del tamaño de la muestra, tamaño de las caras del cristal o de donde se recogieron). - Forma del cristal: herramienta de identificación del mineral.

Los 7 Sistemas cristalinos: En función de los parámetros de la red, es decir, de las longitudes de los lados o ejes de la celda unidad y de los ángulos que forman, se distinguen siete sistemas cristalinos:

- Soluciones sólidas: Composición química de algunos minerales puede variar: iones de tamaños similares se sustituyen fácilmente entre sí sin alterar la estructura del mineral en estado sólido. Dando lugar a minerales con la misma estructura pero distinta composición: solución

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TEMA 6 MINERALES sólida del Olivino: Mg2+ y Fe2+ tamaño similar y misma carga electrónica: Fosterita (MgSiO4)----Fayalita (Fe2SiO4). - Cuarzo (SiO2) y Fluorita (CaF2), no presentan soluciones sólidas, pero la presencia de elementos traza como impurezas: influencia en color del mineral. FOSTERITA (MgSio4O

Fayalita (Fe2SiO4).

- Polimorfos: Minerales con la misma composición química pero con estructuras internas diferentes. Transformación de un polimorfo a otro: Cambio de fase: Olivino-Espinela - Diamante-Grafito (C6): Diferentes condiciones de formación: - Diamantes profundidades de 200 km: ?P y T: estructura compacta. Cubico centrado en las caras. Enlace covalente. - Grafito: Presiones más bajas: capas de anillos hexagonales de átomos de C. Cada átomo de C unido fuertemente por enlace covalente a sus tres vecinos más próximos de la misma capa. El cuarto C queda libre conductividad eléctrica elevada. - Capas muy espaciadas y débilmente unidos por fuerzas de Van der Waals(láminas se deslizan fácilmente una sobre otra: tacto graso y excelente lubricante). - A partir de grafito: Diamante sintético. - Cambio de fase diamante-grafito es infinitesimalmente lenta. Variaciones estructurales de los minerales. - Isomorfos: Minerales con distinta composición química y la misma estructura interna.

Halita Fluorita - Cada mineral va a tener unas propiedades físicas determinadas en función de su composición y estructura. Estas propiedades se utilizan para su identificación (ya que composición química y estructura requieren ensayos y aparatos sofisticados). - Propiedades físicas principales: - Brillo - Color Propiedades ópticas - Raya - Hábito y Forma cristalina - Tenacidad

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TEMA 6 MINERALES - Dureza - Propiedades mecánicas - Exfoliación - Fractura - Densidad o peso específico - Propiedades físicas secundarias (las presentan solo algunos minerales): - Magnetismo - Sabor - Tacto - Olor - Birrefringencia - Reacción química con HCl Propiedades ópticas BRILLO: Aspecto o la calidad de luz reflejada por la cara de un mineral - Metálico - Submetálico - No metálico: - Vítreo - Mate - Perlado-nacarado

Calcita-creta (brillo mate

Cuarzo-cristal de roca (brillo vítreo)

- Sedoso - Graso - Céreo o resinoso

CAPACIDAD DE TRANSMITIR LA LUZDIAFANIDAD - Opaco: no se transmite la luz a través del mineral - Translúcido: transmite la luz pero no una imagen - Transparente: Imagen y luz visibles través del mineral

COLOR: Propiedad diagnóstica para solo algunos minerales. - Incoloros: No presentan tonalidad.

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Yeso fibroso (brillo sedoso)

TEMA 6 MINERALES - Color idiocromático: no depende de la composición: Azufre, Malaquita y Azurita...

- Color alocromático: depende de la composición (variedades de cuarzos y Fluoritas...) CUARZOS

FLUORITAS

RAYA: Color del mineral en polvo. Placa de porcelana (en minerales menos duros que la placa). - Raya minerales metálicos: oscura Hematites - Raya minerales no metálicos: clara - Hematites: Raya roja - Cinabrio: Raya púrpura

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TEMA 6 MINERALES HÁBITO: Aspecto externo de un Mineral o un agregado de minerales NO relacionado con la estructura interna. - Mayoría minerales: Informes o masivos - Minerales morfología externa definida: - Isométrico - Acicular - Fibroso - Tabular Hábitos en - Hojoso cristales - Prismático individuales - Laminar - Botroidal - Dendrítico - Radial - Granular Hábitos en - Estalactitico agregados de - Arborescente cristales - Reticulado - Micáceo

FORMA : Geometría externa regular (caras, aristas y vértices) Originada por: •disposición atómica ordenada •no hay restricciones de espacio La mayoría de los minerales NO presentan forma. Tipos: -prisma

cristal

-pirámide -bipirámide -cubo -octaedro -romboedro

FUERZA MINERAL: Facilidad en la que los minerales se rompen o se deforman bajo una fuerza. - TENACIDAD: Firmeza de un mineral o resistencia a romperse o deformarse. - Quebradizos (minerales con enlaces iónicos) - Maleables (minerales con enlaces metálicos) - Séctiles (minerales que se cortan en finas virutas, Yeso o Talco) - Elásticas (Micas). - DUREZA: Resistencia que presenta un mineral a ser rayado. Escala de Mohs (relativa). Uñas (2,5); Moneda (3); Vidrio (5,5).

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- EXFOLIACIÓN: tendencia de un mineral a romperse a lo largo de planos de enlace débiles: Planos de exfoliación. Minerales sin exfoliación se rompen en formas que no se parecen entre sí ni a los cristales iniciales. - Micas (en láminas) - Calcita(en romboedros)

- FRACTURA: Cuando se rompe un mineral con enlaces químicos de fuerza prácticamente igual en todas las direcciones. concoidea-fibrosa-astillosa - Irregular (cuarzo)

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- DENSIDAD: Masa por unidad de volumen (g/cm3) - PESO ESPECÍFICO: Número sin unidad que representa la relación del peso de un mineral respecto del peso de un volumen igual de agua. - Normalmente peso específico de minerales: 2 y 3 - Minerales con pesos específicos altos: Oro (20); Galena (7,5);Pureza de minerales preciosos se mide en quilates: - 1 Quilate=0,2g - Oro puro: 24 quilates PROPIEDADES SECUNDARIAS: las presentan solo algunos minerales. - SABOR: Halita (salada), Silvina (amarga) - TACTO: Talco (jabonoso), Grafito (graso) - OLOR: Minerales con S mal olor - MAGNETISMO: Magnetita (se ve atraído por un imán), Calamita (imán natural) - BIRREFRINGENCIA: Doble refracción (Calcita) - REACCIÓN CON HCl: Calcita y Dolomita

- Especie mineral: Conjunto de especímenes que exhiben estructuras internas y composiciones químicas similares. - Clase mineral: cada especie mineral se asigna a una determinada clase mineral en función de sus aniones o grupos aniónicos. Clasificación según su composición química: ion o complejo negativo. Se distinguen 7 clases principales y 5 de carácter menor.

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TEMA 6 MINERALES - Clase mineral: Se pueden agrupar a su vez según semejanzas estructurales y composicionales: Polimorfos (misma composición, distinta estructura: Grupo de los silicatos). Principales clases de minerales - Elementos más comunes formadores de rocas, representan el 98% en peso de la corteza continental. En orden de abundancia son: Oxígeno (O), Silicio (Si), Aluminio (Al), Hierro(Fe), Calcio (Ca), Sodio (Na), Potasio ( K ) y Magnesio (Mg). - Minerales silicatados: Formados por Si y O (representan más del 90% de la Tierra) - Minerales no silicatados: menos abundantes pero con gran importancia económica(proporcionan: Fe, Al, Yeso, Cu...)

Los silicatos - Contienen los dos elementos más abundantes de la corteza terrestre: O y Si, que se juntan formando Tetraedros de silicio-oxígeno (SiO44-): - 4 aniones de Oxigeno (cada uno con -2) que se unen mediante enlace covalente a un catión de Si (+4) comparativamente menor, formando un tetraedro (forma de pirámide con cuatro caras iguales). - Son aniones complejos con carga neta de -4. Uno de los electrones de valencia del O2-forma enlace con el Si4+, localizado en el centro del tetraedro, quedando la carga neta de -4. Para conseguir el equilibrio se unen con otros cationes metálicos o con el catión Si del tetraedro adyacente.

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TEMA 6 MINERALES Ensamblaje de la estructura de los silicatos - Tetraedros de silicio-oxígeno (SiO44-): - Son aniones complejos con carga neta de -4. Para conseguir el equilibrio se unen con otros cationes metálicos. Cationes que más a menudo se enlazan: Fe2+, Mg2+,K1+,Na1+, Al3+, Ca2+ - Estos iones forman enlace con los iones oxígenos no compartidos que ocupan los vértices de los tetraedros de silicato. - Enlaces covalentes híbridos entre el Si y el O son más fuertes que los enlaces iónicos que mantiene unidos un tetraedro de silicato con el siguiente: - Propiedades como dureza y exfoliación condicionada por el tipo de estructura: - Cuarzo: solo enlaces covalentes híbridos Si-O: gran dureza (7) y no presenta exfoliación. - Talco: estructura laminar. Mg3(Si2O5)2(OH)2. Los iones Mg2+ se encuentran entre las láminas de silicato y las unen débilmente: Tacto resbaladizo debido al deslizamiento de unas laminas respecto a las otras (como gr

Talco

Estructura cristalina del talco

- Soluciones sólidas: iones de tamaño similar se sustituyen unos a otros en la estructura del mineral. Solución sólida ...