ESTADOS DE LA MATERIA: ESTADOS DE LA MATERIA:

Transcripción

1 Materia y Minerales 1. Introducción (Materia, estados de la materia, materiales de construcción) 2. Elementos químicos: El átomo 3. Enlaces químicos 4. Minerales Fuertes (covalente, iónico, metálico) Débiles (Fuerzas de Van der Waals) Estructura cristalina (vs otras microestructuras) Composición química Propiedades Físicas (densidad, brillo, dureza, color, forma cristalina, exfoliación, color) Clasificación mineralógica (Clasificación de Strunz, 1970) Clase I Elementos nativos Clase V Carbonatos Clase II Sulfuros Clase VI Sulfatos Clase III Óxidos Clase VII Fosfatos Clase IV Halogenuros Clase VIII Silicatos Comportamiento de los minerales (Durabilidad, Propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas) 1. Introducción Tema 01 MATERIA Cualquier sustancia que ocupe espacio y tenga masa Basílica de San Vicente (Avila) 1. Introducción Tema Introducción Tema 01 MATERIA MATERIA Cualquier sustancia que ocupe espacio y tenga masa Cualquier sustancia que ocupe espacio y tenga masa ESTADOS DE LA MATERIA: Sólido Líquido Gaseoso Plasma ESTADOS DE LA MATERIA: Sólido Líquido Gaseoso Plasma MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN Materiales naturales y elaborados, orgánicos e inorgánicos empleados con un fin constructivo MATERIALES GEOLÓGICOS Fuente: Wikipedia 1

2 1. Introducción Tema Introducción Tema 01 Parte mayoritaria del volumen total de materiales de construcción Sustrato sobre el que se realizan las cimentaciones Materia y Minerales 1. Introducción (Materia, estados de la materia, materiales de construcción) 2. Elementos químicos: El átomo 3. Enlaces químicos 4. Minerales Fuertes (covalente, iónico, metálico) Débiles (Fuerzas de Van der Waals) Estructura cristalina (vs otras microestructuras) Composición química Propiedades Físicas (densidad, brillo, dureza, color, forma cristalina, exfoliación, color) Clasificación mineralógica (Clasificación de Strunz, 1970) Clase I Elementos nativos Clase V Carbonatos Clase II Sulfuros Clase VI Sulfatos Clase III Óxidos Clase VII Fosfatos Clase IV Halogenuros Clase VIII Silicatos Comportamiento de los minerales (Durabilidad, Propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas) 2. Elementos químicos: el átomo Tema 01 ELEMENTOS QUÍMICOS Sustancias puras que hacen referencia una clase de átomos que tienen el mismo número de protones en el núcleo, es decir, que tienen el mismo número atómico Tienen un nombre y un símbolo: Ej. Calcio (Ca); Oxígeno (O) Existe más de un centenar de elementos químicos naturales 2

3 2. Elementos químicos: el átomo Tema 01 Tabla periódica de los elementos químicos 2. Elementos químicos: el átomo Tema 01 ÁTOMO la unidad más pequeña e indivisible de la materia, que mantiene las propiedades de un elemento químico inalterables. MOLÉCULA cantidad mínima de una sustancia resultado de la agrupación de varios átomos enlazados, definiendo una configuración estable de la materia y unas propiedades químicas características El agua (H 2 O) está compuesta por 2 elementos químicos: (O) (H) Una molécula de agua esta compuesta por 3 átomos: 2 H y 1 O Una gota de agua está compuesta por multitud de moléculas El cuarzo (SiO 2 ) está compuesto por 2 elementos químicos: (O) (Si) Una molécula de cuarzo esta compuesta por 3 átomos: 1 Si y 2 O Una cristal de cuarzo está compuesto por multitud de moléculas 2. Elementos químicos: el átomo Tema Elementos químicos: el átomo Tema 01 ESTRUCTURA DEL ÁTOMO Núcleo: - Protones: (+) - Neutrones: sin carga Capas externas (orbitales): - Electrones (e - ) (-) 2006 Brooks/Cole - Thompson 2006 Brooks/Cole - Thompson Los electrones determinan el modo en el que los átomos se relacionan entre sí. El nº de electrones está condicionado por el nº de protones en el núcleo; los protones (+) atraen a los electrones (-) y los mantienen orbitando en las capas externas del átomo. Número atómico: número de protones en el núcleo ( y también de e - ). 3

4 2. Elementos químicos: el átomo Tema Elementos químicos: el átomo Tema 01 Número atómico: determina la identidad del átomo y del elemento químico 2006 Brooks/Cole - Thompson Núcleo es muy pequeño respecto al volumen total del átomo Masa atómica: es la suma de los protones y neutrones del núcleo (e - tienen una masa insignificante) 2. Elementos químicos: el átomo Tema 01 Isótopos químicos Átomos de un mismo elemento químico que presenta diferente masa atómica (variación del nº de neutrones en el núcleo) 2. Elementos químicos: el átomo Tema 01 Los isótopos de cualquier elemento mantienen su comportamiento químico (mismo número atómico), pudiendo combinarse de igual modo con otros elementos para formar moléculas y compuestos estables. Ej.: Carbono (C) Número atómico = 6; 6 protones y 6 electrones Sus átomos pueden tener 6, 7 y 8 neutrones Masa atómica 12 (6 p + 6 n), 13 (6 p + 7 n) y 14 (6 p + 8 n) Ej.: Diamante; compuesto íntegramente por C contiene en proporciones variables sus tres isótopos ( 12 C, 13 C y 14 C) 4

5 Materia y Minerales 1. Introducción (Materia, estados de la materia, materiales de construcción) 2. Elementos químicos: El átomo 3. Enlaces químicos 4. Minerales Fuertes (covalente, iónico, metálico) Débiles (Fuerzas de Van der Waals) Estructura cristalina (vs otras microestructuras) Composición química Propiedades Físicas (densidad, brillo, dureza, color, forma cristalina, exfoliación, color) Clasificación mineralógica (Clasificación de Strunz, 1970) Clase I Elementos nativos Clase V Carbonatos Clase II Sulfuros Clase VI Sulfatos Clase III Óxidos Clase VII Fosfatos Clase IV Halogenuros Clase VIII Silicatos Comportamiento de los minerales (Durabilidad, Propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas) 3. Enlaces químicos Tema 01 ENLACE QUÍMICO Fuerzas electromagnéticas que mantienen unidos los átomos de modo que las moléculas resultantes obtienen configuraciones estables de mínima energía Resultan de las interacciones entre los e - que hay en las capas externas de los átomos, pudiendo dar lugar a la unión de átomos del mismo o de diferentes elementos químicos 3. Enlaces químicos Tema Enlaces químicos Tema 01 La mayoría de átomos tienen menos de 8 e - en su capa más externa y por tanto, son eléctricamente inestables. Deben combinarse con otros átomos para completar su capa externa y con ello llegar a alcanzar una configuración estable eléctricamente. e - Ej. El Na cede el e - de su capa más externa al Cl que completa así su capa más externa con 8 e -. Resultado: compuesto estable Halita (NaCl) 5

6 3. Enlaces químicos Tema 01 Tabla periódica de los elementos químicos 3. Enlaces químicos Tema 01 Tipos de enlace químico: Enlaces Atómicos (Fuertes); son los que se dan entre átomos debido a las interacciones entre e - de las capas externas incompletas. Son : Iónico, covalente y metálico. Enlaces Moleculares (Débiles); ofuerzas de Van der Waals, se dan entre moléculas y determinados átomos. Los Puentes de Hidrógeno y enlaces Dipolares se consideran como un tipo especial de Fuerzas de Van der Waals. Las fuerzas con que interactúan estos enlaces Fuerza (kj/mol) Átomicos (fuertes) Moleculares (débiles) Covalente Iónico Metálico F. V. Waals Puentes H Dipolar Enlaces químicos Tema 01 Enlace iónico: Cuando un elemento (metálico) cede de 1 a 3 e - a otros elementos (no metálicos). Se formán iones positivos (cationes) e iones negativos (aniones) que se atraen fuertemente por su diferente signo electrostático. 3. Enlaces químicos Tema 01 Enlace covalente: Se da entre átomos que comparten de 1 a 3 e - de su capa más externa, de modo que estas se superponen para producir una configuración estable de gas noble (8 e - en la capa más externa) Es el más sencillo y frecuente, formándose entre elementos de signo eléctrico diferente y semejante tamaño iónico. En los compuestos iónicos los iones se disponen en una estructura tridimensional que da lugar a una neutralidad eléctrica total. Como no hay pérdida ni ganancia de e -, no hay aniones ni cationes s.s. El átomo que comparte varios e - lo hace con varios átomos a la vez. Es un enlace direccional debido a la existencia de regiones dentro de la capa más externa con mayor concentración de e - (pares de e - ). 6

7 3. Enlaces químicos Tema 01 Enlace metálico: Se forma cuando los átomos se desprenden de los e - de su capa más externa (electrones de valencia) generando una nube electrónica común y cationes (no se generan aniones). Los cationes quedan cohesionados y fijados en una malla cristalina por los e - de la nube. 3. Enlaces químicos Tema 01 Enlace de Van der Waals: Son enlaces débiles y secundarios que se producen entre moléculas dipolares y átomos de gases nobles. Las moléculas covalentes muestran una dismetría en cuanto a la distribución de sus cargas eléctricas, dipolos permanentes (efecto imán). Es característico entre elementos metálicos y sus aleaciones. La alta movilidad de los e - en la nube (no están fijados a ningún átomo) determinan algunas propiedades importantes, tales como: brillo metálico, ductibilidad y conductividad térmica y eléctrica. Cuando las moléculas polares se encuentran a una cierta proximidad*, surge entre ellas una fuerza de atracción que las mantiene unidas 3. Enlaces químicos Tema 01 Materia y Minerales 1. Introducción (Materia, estados de la materia, materiales de construcción) 2. Elementos químicos: El átomo 3. Enlaces químicos 4. Minerales Fuertes (covalente, iónico, metálico) Débiles (Fuerzas de Van der Waals) Estructura cristalina (vs otras microestructuras) Composición química Propiedades Físicas (densidad, brillo, dureza, color, forma cristalina, exfoliación, color) Clasificación mineralógica (Clasificación de Strunz, 1970) Clase I Elementos nativos Clase V Carbonatos Clase II Sulfuros Clase VI Sulfatos Clase III Óxidos Clase VII Fosfatos Clase IV Halogenuros Clase VIII Silicatos Comportamiento de los minerales (Durabilidad, Propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas) 7

8 4. Minerales. Tema 01 MINERAL Compuesto químico inorgánico, generalmente en estado sólido, de origen natural y cristalino, cuya composición química, estructura cristalina y propiedades físicas son fijas o varían entre límites concretos y estrechos 4. Minerales. Estructura cristalina Tema 01 Estructura cristalina Hace referencia a la disposición tridimensional y regular de los átomos. En condiciones favorables (tiempo y espacio), los minerales pueden crecer en las tres direcciones del espacio desarrollando cristales con sus caras cristalinas, vértices y aristas. Pirita (FeS 2), Navajún (So) España Los minerales son los constituyentes básicos de las rocas. Están compuestos por dos o más elementos enlazados químicamente. Precisiones a los conceptos inorgánico y natural La forma cristalina de un mineral es la manifestación externa de una estructura interna igualmente cristalina 4. Minerales. Estructura cristalina Tema 01 Estructura no cristalina (Amorfa) Son las que presentan aquéllas sustancias cuyas moléculas internas se disponen aleatoriamente con sus átomos orientados en cualquier dirección, sin seguir ninguna pauta de ordenamiento. Las sustancias amorfas están relacionadas con una velocidad de enfriamiento rápida. Pueden presentar dos tipos de estructuras: 4. Minerales. Estructura cristalina Tema 01 Red cristalina de un mineral Es la repetición periódica en las tres direcciones del espacio de una celda unitaria (sistema cristalino) que queda definido por las magnitudes de sus vectores fundamentales (a, b, c) y por las relaciones angulares (α,β,γ) entre estos vectores. Surgen así 7 sistemas cristalinos Estructura vítrea: Sustancias inorgánicas con una composición química simple Ej. (SiO 2 ) Estructura polimérica: Sustancias orgánicas con una complejidad molecular muy elevada. Ej. Lignina de la madera, PVC, poliestireno. Sistema cristalino romboédrico En los vértices del sistema se disponen los átomos de la molécula 8

9 4. Minerales. Estructura cristalina Tema 01 Redes de Bravais 4. Minerales. Estructura cristalina Tema 01 No todos los minerales presentan formas cristalinas bien desarrolladas Constituyen los 14 tipos básicos de redes cristalinas en la naturaleza Los parámetros de la red cristalina (a,b,c, α,β,γ) dependen de la masa, tamaño y capacidad para formar enlaces de los átomos del mineral Depende del tiempo de cristalización y especialmente, del espacio disponible Minerales masivos Cuando crecen muchos cristales en poco espacio, definiendo un mosaico entrelazado de cristales, de manera que los cristales no se aprecian 4. Minerales. Estructura cristalina Tema 01 EXFOLIACIÓN (cleavage) Propiedad física de los minerales de romperse según determinadas superficies planas regularmente espaciadas y con una orientación fija Los planos de rotura son planos de debilidad en la estructura cristalina del mineral, estando relacionados con enlaces más débiles entre sus átomos. La Exfoliación tiende a reproducir la forma cristalina del mineral. Materia y Minerales 1. Introducción (Materia, estados de la materia, materiales de construcción) 2. Elementos químicos: El átomo 3. Enlaces químicos Fuertes (covalente, iónico, metálico) Débiles (Fuerzas de Van der Waals) 4. Minerales Estructura cristalina (vs otras microestructuras) Composición química Propiedades Físicas (densidad, brillo, dureza, color, forma cristalina, exfoliación, color) Clasificación mineralógica (Clasificación de Strunz, 1970) Clase I Elementos nativos Clase V Carbonatos Clase II Sulfuros Clase VI Sulfatos Clase III Óxidos Clase VII Fosfatos Clase IV Halogenuros Clase VIII Silicatos Comportamiento de los minerales (Durabilidad, Propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas) 9

10 4. Minerales. Composición química Tema 01 COMPOSICIÓN QUÍMICA Se muestra mediante una fórmula que relaciona el número de átomos de los elementos que constituyen la molécula elemental, repitiéndose según una red cristalina en las tres direcciones del espacio Ej. Anhidrita: Fórmula (CaSO 4 ) Tres elementos químicos (Ca, S, O) Relación atómica es 1:1:4 Consideraciones Elementos nativos: Ag, Au, Pt, C Grupos minerales: Grupo del Olivino (Mg,Fe) 2 SiO 4 Cationes intercambiables son de tamaño iónico semejante Materia y Minerales 1. Introducción (Materia, estados de la materia, materiales de construcción) 2. Elementos químicos: El átomo 3. Enlaces químicos Fuertes (covalente, iónico, metálico) Débiles (Fuerzas de Van der Waals) 4. Minerales Estructura cristalina (vs otras microestructuras) Composición química Propiedades Físicas (densidad, brillo, dureza, color, forma cristalina, exfoliación, color) Clasificación mineralógica (Clasificación de Strunz, 1970) Clase I Elementos nativos Clase V Carbonatos Clase II Sulfuros Clase VI Sulfatos Clase III Óxidos Clase VII Fosfatos Clase IV Halogenuros Clase VIII Silicatos Comportamiento de los minerales (Durabilidad, Propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas) 4. Minerales. Propiedades físicas Tema 01 PROPIEDADES FÍSICAS Son aquellas propiedades características de los minerales, estando controladas por la composición química y la estructura cristalina. Su reconocimiento nos permiten clasificar los minerales Densidad Color Brillo Dureza Forma cristalina Exfoliación Elevada Verde oliva Metálico Media Cúbica, otras cúbica Pirita (FeS 2 ) Materia y Minerales 1. Introducción (Materia, estados de la materia, materiales de construcción) 2. Elementos químicos: El átomo 3. Enlaces químicos Fuertes (covalente, iónico, metálico) Débiles (Fuerzas de Van der Waals) 4. Minerales Estructura cristalina (vs otras microestructuras) Composición química Propiedades Físicas (densidad, brillo, dureza, color, forma cristalina, exfoliación, color) Clasificación mineralógica (Clasificación de Strunz, 1970) Clase I Elementos nativos Clase V Carbonatos Clase II Sulfuros Clase VI Sulfatos Clase III Óxidos Clase VII Fosfatos Clase IV Halogenuros Clase VIII Silicatos Comportamiento de los minerales (Durabilidad, Propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas) 10

11 Las clasificaciones mineralógicas utilizan las propiedades físicas y la composición química como parámetros de identificación y clasificación, respectivamente. CLASIFICACIÓN CRISTOLOQUÍMICA DE STRUNZ (1970) Es la más seguida actualmente. Establece 8 clases de minerales en función de su composición química y estructura cristalina. Clase I: Elementos nativos Clase V: Carbonatos Clase II: Sulfuros Clase VI: Sulfatos Clase III: Óxidos Clase VII: Fosfatos Clase IV: Halogenuros Clase VIII: Silicatos Los minerales muestran mayores semejanzas entre los que comparten el mismo radical aniónico, que entre los que comparten los mismos cationes. La clasificación de Strunz es más acorde con la nomenclatura y clasificación de compuestos orgánicos seguida actualmente en Química CLASE I: Elementos nativos Son aquellos que aparecen de forma estable en la naturaleza sin necesidad de asociarse con otros elementos. Exceptuando los gases nobles, solo unos 20 elementos se encuentran en estado no combinado, la mayoría son escasos y aparecen asociados a otros minerales. Únicamente Au, Ag, Cu, Pt, C y S se encuentran en abundancia suficiente como para dar yacimientos explotables. Se reconocen tres subclases: a) Metales; b) Semimetales; c) No metales CLASE I: Elementos nativos Metales: Presentan estructuras cúbicas formadas por átomos idénticos y con enlaces metálicos débiles. Ej. Oro (Au); Plata (Ag); Cobre (Cu) CLASE I: Elementos nativos Semimetales: Son minerales con enlaces covalentes, poco frecuentes y con aspecto metálico y quebradizo. Ej. Arsénico (As), Bismuto (Bi) ORO (Au) PLATA (Ag) En general, son blandos, maleables y dúctiles; buenos conductores del calor y la electricidad. Tienen elevada densidad y puntos de fusión bajos. Presentan brillo metálico y fractura astillosa, y tienen baja durabilidad debido a que se oxidan con facilidad. 11

12 CLASE I: Elementos nativos No Metales: Minerales con enlaces covalentes puros o combinados con enlace residual (débil). Son relativamente abundantes, presentan un gran interés económico y sus propiedades físicas difieren mucho de las de los metales: malos conductores del calor y la electricidad, se rompen fácilmente Ej. Diamante (C); Grafito (C); Azufre (S) CLASE II: Sulfuros (S -2 ) Cuando el azufre incorpora dos e - en su último orbital, se comporta como un anión divalente (S -2 ) de gran tamaño, dando lugar a los sulfuros. Cuando cede los 6 e - de su última órbita se comporta como un anión pequeño que se combina con 4 oxígenos, dando lugar a los sulfatos (SO 4 ) -2 Resultan de la unión del anión (S -2 ) con cationes metálicos mono- o divalentes (uno o dos e - de valencia) Grafito y Diamante constituyen un caso de polimorfismo, es decir dos minerales con la misma composición química (C) y diferente estructura cristalina interna. Pirita (FeS 2) Galena (PbS) CLASE II: Sulfuros (S -2 ) Se incluye los Arseniuros (As -3 ) y Antimoniuros (Sb -3 ), y las sulfosales. Suelen aparecer asociados a presencia de a la materia orgánica, así como a la actividad volcánica CLASE III: Óxidos (O -2 ) e Hidróxidos (OH - ) Resultan de la unión del radical (O -2 ) o de grupos (OH - ) con cationes metálicos. Presentan enlaces iónicos que dan lugar a tetraedros u octaedros de O en cuyo centro se dispone un catión metálico. Constituyen una auténtica mena de metales: Mg, Pb, Fe, Hg, Zn, Cu, Mo, Co, Sb, As, Bi. Su explotación se realiza desde la antigüedad, siendo fáciles de extraer y de concentrar (densidad) Goethita (FeO(OH)) Hematites (Fe 2O 3) Los más característicos son: Hematites/Oligisto (Fe 2 O 3 ); Pirolusita (MnO 2 ); Magnetita (Fe 3 O 4 ); Goethita (FeO(OH)). Son opacos, densos, con brillo vítreo, colores variados y con buena conductividad térmica y eléctrica. 12

13 CLASE IV: Halogenuros (F -, Cl -, I -, Br - ) Resultan de la unión de los aniones F -, Cl -, I -, Br - con cationes mono- y divalentes del grupo Na +, K +, Ca 2+ ó Mg 2+ mediante enlaces iónicos. Definen estructuras cúbicas: Halita (NaCl), Fluorita (CaF 2 ), Silvina (KCl). CLASE V: Carbonatos (CO 3 ) -2, Nitratos (NO 3 ) -2 ) Resultan de la unión de los radicales (CO 3 ) -2 ó (NO 3 ) -2 con cationes mono. Diva- y trivalentes. El C y O del radical (CO 3 ) -2 están fuertemente unidos por enlaces covalentes Dolomita (Ca, Mg(CO 3) Calcita (CaCO 3) Aragonito (CaCO 3) Halita (NaCl) Fluorita (CaF 2) Baja dureza, escasa conductividad térmica y eléctrica en estado sólido. Punto de fusión moderado, incoloros o débilmente coloreados, brillo vítreo Algunos minerales de este grupo (calcita, Dolomita) forman extensas masas de rocas sedimentarias y metamórficas. Calcita y aragonito son ejemplos de Polimorfismo. Dureza media, brillo vítreo, blancos o ligeramente teñidos, excepto los carbonatos hidratados CLASE V: Carbonatos (CO 3 ) -2, Nitratos (NO 3 ) -2 ) Malaquita (Cu 2 (OH) 2 CO 3 ) Azurita (Cu 3 (OH) 2 (CO 3 ) 2 ) CLASE VI: Sulfatos (SO 4 ) -2 Dolomita (Ca, Mg(CO 3) Cuando el S cede los 6 e - de su orbital externo se comporta como un anión pequeño que se combina mediante enlaces covalentes con 4 O, que se disponen en los vértices de un tetraedro y el S en el centro. Los tetraedros (SO 4 ) -2 se unen entre sí mediante grandes cationes divalentes Yeso Ca(SO 4)+2(H 2O) Yeso Ca(SO 4)+2(H 2O) Anhidrita Ca(SO 4) En esta clase se incluye Cromatos, Wolframatos y Molibdatos Ej. Yeso (Ca(SO 4 )+2(H 2 O)); Anhidrita (Ca(SO 4 )); Baritina (Ba(SO 4 )) Dureza baja, brillo vítreo, tonos claros, densidad baja (excepto Baritina) 13

14 CLASE VII: Fosfatos (PO 4 ) -3, Arseniatos (AsO 4 ) -3 y Vanadatos (VO 4 ) -3 Los tres radicales se disponen en tetraedros con la misma configuración y tipo de enlace, mostrando por ello una gran semejanza estructural. Los radicales se unen con iones mono- (Li, K, Cl, F, (OH - ), diva- (Ca, Pb, Co, Fe Mg y Cu) o trivalentes (Al, Fe), que se sustituyen entre ellos dando lugar a composiciones químicas y estructuras muy complejas. Resultan de la unión de radicales (SiO 4 ) -4 con cationes mono- diva- o trivalentes El componente fundamental es el tetraedro de Si-O, en el ambos elementos se unen mediante enlaces covalentes fuertes, disponiéndose los O en los vértices del tetraedro y el Si en el centro. Turquesa (Cu, Al Apatito (Ca 5(PO 4) 3 (F, Cl)) Fuente: Wikipedia 6 ((OH) 2 (PO) 4) 4)+4(H 2O) Fuente: Wikipedia Son minerales escasos en la corteza terrestre Los tetraedros Si-O se unen mediante cationes o compartiendo O, lo que permite diferenciar 6 subclases: Nesosilicatos Grupo del Olivino: Serie isomórfica entre Forsterita (Mg 2 SiO 4 )y Fayalita (Fe 2 SiO 4 ) Nesosilicatos Grupo de los Nesosilicatos alumínicos: Comprende tres minerales polimorfos de composición (Al 2 SiO 5 ): Andalucita, Sillimanita y Distena Forsterita (Mg 2SiO 4) Fayalita (Fe 2SiO 4) Andalucita (Al 2SiO 5) Sillimanita(Al 2SiO 5) Distena(Al 2SiO 5) Verde oliva, aspecto granular, brillo vítreo Característico de rocas metamórficas, Constituyente mayoritario de las rocas ígneas básicas y ultrabásicas 14

15 Nesosilicatos Grupo de los Granates: Minerales isomorfos con formas cristalinas dodecaédricas, brillo vítreo, tonos rojos y granates Sorosilicatos Pares de tetraedros Si-O unidos por un O compartido. Su radical es (Si 2 O 7 ) -6 Almandino(Fe 3Al 2Si 3O 12) Componente importante de algunos esquistos, migmatitas y eclogitas (R. metamórficas) Se utilizan como gemas y abrasivos por su elevada dureza (6,6-7,5) Epidota(Ca 2(Fe,Al) 3(Si 2O 7)(SiO 4)(OH) 2) Son escasos y de poco importantes como formadores de rocas. Característicos de rocas metamórficas Ciclosilicatos Tetraedros de Si-O que se enlazan formando anillos en los que cada tetraedro comparte 2 O con los demás. Forman anillos de 3 (Si 3 O 9 ) 4-, 4 (Si 4 O 12 ) 8- y 6 tetraedros (Si 6 O 18 ) 12-, siendo la relación Si-O 1:3 Berilo (Be 3Al 2(Si 6O 18)) Turmalina ((Na,Ca)(Li,Mg,Al,Fe) 6(BO 3) 3(S 6O l8)(oh) 4) Los anillos se superponen en una de las tres direcciones del espacio, definiendo hábitos prismáticos; brillo vítreo Inosilicatos Tetraedros de Si-O definiendo cadenas a lo largo del eje del cristal y unidas unas con otras a través de cationes metálicos. Pueden ser: Grupo de los Piroxenos; cadenas simples formados por una fila de Tetraedros (Si 2 O 6 ) 4- Si-O = 1:3 Grupo de los Anfíboles; Cadenas dobles de dos filas de tetraedros unidos por O definiendo una estructura hexagonal que incorpora un (OH) en el centro. Radical (Si 4 O 11 (OH) 7-15

16 Inosilicatos Augita (piroxeno) (Ca,Na)(Mg,Fe,Ti,Al)(Si,Al) 2O 6 Hornblenda (anfibol) (Ca 2(Fe, Mg) 5Si 8O 22 (OH) 2 La semejanza estructural de ambos grupos, genera unas propiedades comunes: Densidad (3), Dureza (5-7), hábito prismático, brillo vítreo, Color verde (oscuro) Filosilicatos Tetraedros de Si-O que comparten 3 O con otros tantos tetraedros definiendo estructuras laminares indefinidas. Idénticas cadenas dobles de los inosilicatos, pero extendidas en dos direcciones Filosilicatos Grupo de las Micas; Minerales isomorfos de amplia difusión en rocas ígneas y metamórficas. Relación Si-O 1:2,5 Radical (Si 4 O 10 ) 4- Las láminas de cadenas se enlazan débilmente mediante (OH) - Los (OH) - permiten la entrada de cationes metálicos Moscovita (KAl 2(Si 3Al) 3O 10(OH,F) 2 Biotita K(Mg,Fe 2+ ) 3(Al,Fe 3+ )Si 3O 10 OH,F) 2 Exfoliación en láminas finas y elásticas; brillo vítreo; tranpsarentes (moscovita) a negros (biotita) 16

17 Filosilicatos Minerales de la arcilla; Minerales secundarios, de aspecto terroso (sin brillo), procedentes de la alteración de otros silicatos en ambientes superficiales (caolinita, montmorillonita, sepiolita) o metamórficos (talco). Filosilicatos Minerales de la arcilla; Caolinita Al 2Si 2O 5 (OH) 4 Talco Mg 3Si 4O 10(OH) 2 Sepiolita Mg 4Si 6O 15(OH) 2 6H 2O, Tectosilicatos Tetraedros Si-O definiendo redes tridimensionales en las que cada tetraedro comparte sus 4 O con los tetraedros que le rodean.. Tectosilicatos Grupo de Sílice: Cuarzo (SiO 2 ) Calcedonia (SiO 2 criptocristalina) Relación Si-O 1:2 Radical (SiO 2 ) neutro Sílice Se reconocen dos grupos: Cuarzo var. Cristal de roca (SiO 2) Hábito prismático piramidal, masivo, brillo vítreo, colores muy variados, dureza alta. Constituyente fundamental de r. ígneas, metamórficas y sedimentarias (detríticas) 17

18 Tectosilicatos Grupo delos Feldespatos: Combinaciones de tetraedros Si-O con cationes alcalinos (K,Na,Ca), destacando los términos extremos de una serie ternaria Tectosilicatos Grupo delos Feldespatos: Combinaciones de tetraedros Si-O con cationes alcalinos (K,Na,Ca), destacando los términos extremos de una serie ternaria Albita (Na)(Si 2Al 2O 8) Cuarzo var. Cristal de roca (SiO 2) Ortosa (K)(Si 3AlO 8) Tectosilicatos Grupo delos Feldespatos: Combinaciones de tetraedros Si-O con cationes alcalinos (K,Na,Ca), destacando los términos extremos de una serie ternaria Materia y Minerales 1. Introducción (Materia, estados de la materia, materiales de construcción) 2. Elementos químicos: El átomo 3. Enlaces químicos Fuertes (covalente, iónico, metálico) Débiles (Fuerzas de Van der Waals) 4. Minerales Estructura cristalina (vs otras microestructuras) Composición química Propiedades Físicas (densidad, brillo, dureza, color, forma cristalina, exfoliación, color) Clasificación mineralógica (Clasificación de Strunz, 1970) Clase I Elementos nativos Clase V Carbonatos Clase II Sulfuros Clase VI Sulfatos Clase III Óxidos Clase VII Fosfatos Clase IV Halogenuros Clase VIII Silicatos Comportamiento de los minerales (Durabilidad, Propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas) Anortita (Ca)(Si 2Al 2O 8) 18

19 4. Minerales: Comportamiento Tema 01 Las propiedades físicas, mecánicas, térmicas y eléctricas de los minerales depende de su composición química y del tipo de enlace entre sus átomos DURABILIDAD o ESTABILIDAD FÍSICO-QUÍMICA Mayor en minerales con enlaces covalentes Minerales con enlaces iónicos y de Van der Waals tienden a romperse por disolución en presencia de agua, facilitando el intercambio iónico con otras sustancias y la recristalización por evaporación. Minerales con enlaces metálicos, tienden a oxidarse (pérdida de e - debido a su alta movilidad) y corroerse con facilidad 4. Minerales: Comportamiento Tema 01 La resistencia a la deformación está relacionada con los enlaces químicos, siendo más resistentes los enlaces más fuertes (iónico, covalente, metálico). A mayor resistencia, mayor será Fragilidad es mayor en minerales con enlaces covalentes e iónicos debido a la rigidez del enlace y a la imposibilidad de rehacerlo una vez roto. La elasticidad y plasticidad es mayor en sustancias con enlaces metálicos. La nube electrónica permite un cierto deslizamiento de las capas de la estructura cristalina sin que ésta llegue a romperse. Minerales con enlaces covalentes e iónicos presentan una menor resistencia a tracción que a compresión. 4. Minerales: Comportamiento Tema 01 PROPIEDADES TÉRMICAS Cuanto mayor es el nº de e - que participan en el enlace, mayor es la fuerza del mismo y mayor es la energía externa que hay que suministrar para romperlo (resistencia al fuego y punto de fusión más altos) Sin embargo, los enlaces iónicos y de Van der Waals se disocian fácilmente en presencia de agua y a temperaturas relativamente bajas. PROPIEDADES ELÉCTRICAS Alta movilidad de los e - en compuestos metálicos determinan una alta conductividad eléctrica (y también, térmica) y a consecuencia de ello, una baja resistencia al fuego. Compuestos con enlaces covalentes e iónicos muestran bajos valores de conductividad, debido a la rigidez de sus enlaces (no movilidad de sus e - ) 19