PROGRAMA DE LA MATERIA GEOLOGIA GENERAL

Transcripción

1 PROGRAMA DE LA MATERIA GEOLOGIA GENERAL MODULO 1 MODULO 2 MODULO 3 Formación del universo y el planeta GEODINAMICA INTERNA Geodinámica externa Geología Histórica Aplicación de la Geología a la búsqueda y explotación de recursos MODULO 4

2 Módulo 1: DEL BIG BANG AL PLANETA TIERRA Unidad 1 Unidad 2 Unidad 3 Unidad 5-6 Unidad 7 Unidad 4

3 CAMBIO DE ESCALA

4 UNIDAD IV GEOLOGÍA GENERAL Los minerales Autor: Fernando Colombo

5 QUE ES UN MINERAL? Sustancia inorgánica, de origen natural, con composición química definida y estructura cristalina regular.

6 Composición química Halita sodio NaCl cloro

7 Composición química Cuarzo Oxígeno SiO 2 Silicio

8 Estructura definida Espinela MgAl 2 O 4 Al O Mg

9 Estructura definida Esfalerita ZnS Zinc Azufre

10 Sustancias que no son minerales Materiales de origen orgánico Del reino animal Marfil Marfil fósil

11 Perlas Hueso Coral Nácar

12 Materiales de origen orgánico Del reino vegetal Tagua ( marfil vegetal )

13 Óxido de zirconio ( cubic zirconia ) Materiales artificiales Diamantes sintéticos

14 Materiales inorgánicos que carecen de estructura regular y composición química definida Obsidiana (vidrio volcánico)

15 Materiales de origen orgánico modificado Ámbar Carbón

16 Especie Todos los individuos minerales con composición química y estructura idénticos. Variedad Individuos de una determinada especie caracterizados por pequeñas variaciones en su composición química, morfología, etc. Cuarzo, variedad ágata Cuarzo, variedad amatista

17 Roca Agregado de minerales. Puede ser casi monominerálica, siempre que tenga una extensión mapeable. Mármol es el nombre de una roca compuesta del mineral calcita

18 Nombres de los minerales De diversos orígenes (derivados del lenguaje minero, ciudades, o palabras antiguas) cuarzo microclino plagioclasa

19 wulfenita

20 Propiedad física rodonita (gr. rosado ) Composición química vanadinita (vanadio) Localidad Persona smithsonita (J. Smithson) brasilianita (Brasil)

21 En Argentina Por localidades: sanjuanita mendozita catamarcaíta pirquitasita huemulita En Córdoba: benyacarita Por personas: sanmartinita sarmientita

22 La tabla periódica de los elementos

23 Protones

24 Protones y neutrones

25 Protones, neutrones y electrones

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27 Orbitales atómicos

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29 LA COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS MINERALES calcita Ca(CO 3 ) Siempre eléctricamente neutra! 1 Ca 2+ :1 grupo (CO 3 ) -2

30 LA COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS MINERALES calcita catión Ca(CO 3 ) anión Otra forma de verlo: 1 mol de calcita pesa 100,09 g y está formado por: 1 mol de Ca (40,08 g), 1 mol de C (12,01 g) y 3 moles de O (3 x 16,00 g)

31 Fórmula química de un mineral Minerales que contienen oxígeno Por cuestiones históricas se presentan como porcentaje en peso de óxidos Calcita CO 2 43,97% CaO 56,03%

32 Fórmula química de un mineral Minerales que no contienen oxígeno Se presentan como porcentaje en peso de elementos Pirita FeS 2 Fe 46,55% S 53,45%

33 Algunos minerales tienen una fórmula química prácticamente constante, coincidente con su fórmula teórica ideal. Ejemplo: cuarzo SiO 2

34 Sin embargo, otros minerales pueden tener intercambios de uno o más elementos por otros. La mayoría de los minerales más abundantes presentan esta flexibilidad, lo que permite que estén presentes en un gran número de rocas. Se los considera una solución sólida

35 Serie isomorfa Conjunto formado por dos especies minerales A y B cuya composición puede variar entre 100% A y 100% B, pasando por combinaciones intermedias. 50% mineral A 100% mineral A 50% mineral B 100% mineral B siderita Fe(CO 3 ) rodocrosita Mn(CO 3 )

36 Veamos un ejemplo: la serie siderita-rodocrosita Siderita Fe(CO 3 ) Rodocrosita Mn(CO 3 ) Ión Fe 2+ Ión Mn 2+

37 20 iones Fe 2+ Fe(CO Siderita 100% Fe 2+ 3 )

38 14 iones Fe 2+ 6 iones Mn 2+ (Fe 0,7 Mn 0,3 )(CO 3 ) Siderita 70% Fe 2+, 30% Mn 2+ (manganesífera)

39 4 iones Fe iones Mn 2+ (Mn 0,8 Fe 0,2) (CO 3 ) Rodocrosita 20% Fe 2+, 80% Mn 2+ (ferrosa)

40 20 iones Mn 2+ Mn(CO Rodocrosita 100% Mn 2+ 3 )

41 Fe(CO 3 ) (Fe 0,7 Mn 0,3 )(CO 3 ) (Mn 0,8 Fe 0,2) (CO 3 ) Va primero el más abundante! Mn(CO 3 ) Fórmula generalizada (Fe,Mn)(CO 3 ) (siderita) (Mn,Fe)(CO 3 ) (rodocrosita)

42 Resumen de puntos clave de la parte química * Toda la materia está formada por átomos * Los electrones de estos átomos se encuentran distribuidos en orbitales * Los minerales tienen una fórmula química definida. * La fórmula química de algunos es muy constante, pero la de otros varía por sustituciones (siempre manteniendo la electroneutralidad). Cuando un elemento pasa a ser dominante, el nombre del mineral varía.

43 LA ESTRUCTURA DE LOS MINERALES

44 Electronegatividad Es la capacidad de un átomo en una estructura cristalina de atraer electrones a sus capas externas. De manera amplia los elementos se pueden clasificar en: Metales: electronegatividad <1,9 ceden electrones No metales: electronegatividad >2,1 toman electrones Metaloides o semimetales: valores entre medio.

45 Tendencia en la electronegatividad aumenta baja

46 ENLACE IÓNICO

47 ENLACE IÓNICO Carga negativa Carga positiva Es la principal fuerza cohesiva cuando las electronegatividades difieren por más de 2 unidades

48 ENLACE COVALENTE

49 ENLACE COVALENTE Se da entre elementos con electronegatividades similares pero altas

50 Villiaumita NaF F Na = 4 0,9 = 3,1

51 Diamante C

52 Cómo se ordenan los átomos en las estructuras?

53 Cómo se ordenan los átomos en las estructuras? De la relación Rc/Ra se puede estimar el número de coordinación (cantidad de enlaces que se forman entre el ión central y los que lo rodean)

54 Coordinación triangular

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56 Cómo se ordenan los átomos en las estructuras? radio catión /radio anión Número de coordinación 0,155-0, ,225-0, ,414-0, , > 1 12 Esto es sólo orientativo!!!

57 Coordinación triangular (NC = 3)

58 Coordinación tetraédrica (NC = 4)

59 Coordinación octaédrica (NC = 6)

60 Coordinación cúbica (NC = 8)

61 Coordinación dodecaédrica (NC = 12)

62 CONSTRUYENDO UNA ESTRUCTURA Biotita K Mg 3 AlSi 3 O 10 (OH) 2

63 El tamaño de los átomos se suele expresar en Armstrongs (1 Å = m) Relación de radios Si/O = 0,286 NC = 4 Al/O = 0,379 NC = 4 Mg/O = 0,614 NC = 6 K/O = 1,271 NC = 12

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69 Celda unidad Es la menor unidad divisible de un mineral que posee la simetría y propiedades de ese mineral. Consiste de un grupo de átomos con una geometría fija que al ser repetidos por traslación forman la estructura del mineral. Todas las celdas unidades de un mismo mineral son iguales entre sí.

70 SISTEMAS CRISTALINOS

71 Los sistemas cristalinos Definidos por la forma de la celda unidad (longitud de los lados y los ángulos que forman entre sí) y por la simetría con que los átomos se disponen dentro de ella.

72 Sistema cúbico o isométrico Los tres lados iguales Los tres ángulos iguales a 90º

73 Sistema cúbico espinela fluorita diamante granate oro

74 Sistema tetragonal Dos lados iguales horizontales. El lado vertical es más corto o más largo Los tres ángulos iguales a 90º

75 Sistema tetragonal zircón vesubiana apofilita

76 Sistema rómbico Los tres lados distintos Los tres ángulos de 90º

77 Sistema rómbico Olivino Baritina Topacio

78 Sistema monoclínico Los tres lados desiguales Los lados a y c forman un ángulo diferente de 90º

79 Sistema monoclínico Titanita Lepidolita

80 Sistema triclínico Los tres lados desiguales Los tres ángulos distintos de 90º

81 Sistema triclínico Microclino Turquesa

82 Sistema hexagonal

83 Sistema hexagonal

84 Sistema hexagonal Dos lados iguales dispuestos a 120º Un lado perpendicular

85 Sistema hexagonal berilo berilo apatito vanadinita

86 Sistema trigonal Tres lados iguales Los tres ángulos iguales entre sí y distintos de 90º Algunos lo consideran un subsistema dentro del hexagonal

87 Sistema trigonal Cuarzo Corindón, variedad rubí

88 Los sistemas cristalinos (del más al menos simétrico) Cúbico Hexagonal (Trigonal) Tetragonal Rómbico Monoclínico Triclínico

89 Qué pasa si dos materiales tienen la misma composición pero diferente estructura? Son minerales distintos Esto se llama polimorfismo

90 El caso del carbono: diamante y grafito diamante grafito

91 Resumen de puntos clave * Los tipos de enlaces entre átomos pueden ser iónico, covalente o metálico. * Se pueden definir poliedros de coordinación en la estructura. * La relación de tamaños entre el catión y los aniones que lo coordinan permite estimar la geometría del poliedro de coordinación (no infalible!) * Todos los minerales están formados por grupos de átomos llamados celdas * Según las dimensiones de los lados de la celda, los ángulos que formen entre ellos y la simetría de la distribución de los átomos dentro de la celda se pueden definir los sistemas cristalin

92 Resumen de puntos clave (cont.) * Dos o más minerales pueden tener la misma fórmula química pero diferente estructura, y se los llama polimorfos.

93 Recreo (15 minutos)

94 CLASIFICACIÓN DE LOS MINERALES CLASES según Hugo Strunz (muy similares a las de J. Dana) La clasificación se basa en que los minerales con el mismo no metal (anión o grupo aniónico) tienen propiedades químicas similares, y se parecen entre sí mucho más que aquellos que tienen en común el metal.

95 1) Elementos y sus aleaciones Plata Ag Cobre Cu Oro Au

96 Azufre S Diamante C Grafito C

97 2) Sulfuros y sulfosales: combinaciones con azufre, sin oxígeno. Se incluyen aquí los arseniuros (As), telururos (Te), seleniuros (Se) y antimoniuros (Sb), más raros. Calcopirita CuFeS 2 Pirita FeS 2 Galena PbS

98 3) Haluros: combinaciones con F, Cl, Br o I. Halita NaCl Fluorita CaF 2

99 4) Óxidos e hidróxidos: combinaciones con el ión óxido (O -2 ) y/o hidróxido (OH) - Ilmenita FeTiO 3 Hematita Fe 2 O 3 Goethita FeO(OH)

100 5) Carbonatos y nitratos: combinaciones con el ión carbonato (CO3) -2 o nitrato (NO 3 ) -2 Dolomita CaMg(CO 3 ) Aragonito Ca(CO 3 )

101 6) Boratos: combinaciones con el ión borato (B x O y ) Colemanita Ca 2 B 6 O 11 5H 2 O Ulexita NaCaB 2 O 6 (OH) 6 5H 2 O

102 6) Sulfatos, cromatos, molibdatos y tungstatos (=wolframatos): Combinaciones con el ión (SO 4 ) -2, (CrO 4 ) -2,(MoO 4 ) -2 o (WO 4 ) -2. Yeso Ca(SO 4 ) 2H 2 O Baritina Ba(SO 4 ) Crocoíta Pb(CrO 4 )

103 Clase 6 (cont.) Wulfenita Pb(MoO 4 ) Scheelita Ca(WO 4 )

104 7) Fosfatos, arseniatos y vanadatos: combinaciones con el ión (PO 4 ) -3, (AsO 4 ) -3 o (VO 4 ) -3. Adamina Zn 2 (AsO 4 )(OH) Apatito Ca 5 (PO 4 )(F,Cl,OH) Vanadinita Pb 5 (VO 4 )Cl

105 8) Silicatos: combinaciones con el ión (SiO 4 ) -4 o sus combinaciones polimerizadas Andradita Ca 3 Fe 2 (SiO 4 ) 3 Microclino KAlSi 3 O 8

106 9) Sales de ácidos orgánicos: combinaciones con los iones oxalato (C 2 O 4 ) -2, C, N, etc. Whewellita Ca(C 2 O 4 ) H2O

107 PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS MINERALES

108 Color morganita heliodoro Variedades de berilo esmeralda aguamarina bixbita

109 Distribución del color Homogénea En parches Zonación longitudinal Zonación concéntrica

110 Causas del color * Elementos de transición ( cromóforos ): Ti, Fe, Mn, Co, Cr, V, Cu, Ni; algunos otros elementos también pueden causar color (U, elementos de las tierras raras) * Defectos estructurales * Otras causas más complejas

111 Elementos de transición Siempre presentes en el mineral Ocasionalmente presentes en el mineral

112 Cromóforo: hierro Berilo Minas Gerais, Brasil Turmalina (Elbaíta) Minas Gerais, Brasil

113 Berilo Rep. Checa Forsterita ( peridoto ) Egipto Turmalina (Elbaíta) Maine, Estados Unidos

114 Cromóforo: vanadio Berilo, variedad esmeralda Muzo, Colombia

115 Cromóforo: manganeso Apatito EUA Rodocrosita Kuruman, Sudáfrica Berilo Afghanistán

116 Cromóforo: cobalto Espinela Sri Lanka Calcita Shaba, Congo

117 Cromóforo: cromo Espinela Mogok, Myanmar Berilo, variedad esmeralda Austria

118 Cromóforo: níquel Cuarzo, variedad crisoprasa (con inclusiones de minerales de níquel) Kalgoorlie, Australia

119 Un mismo elemento, dos colores? Berilo, variedad esmeralda Espinela

120 Defectos estructurales Defecto de Frenkel Defecto de Schottky

121 Halita Thuringia, Alemania

122 Brillo Propiedad a partir de los procesos de dispersión y reflexión de la luz, la cual le da un aspecto dado a la superficie del mineral Tipos de brillo Metálico No metálico Varios tipos diferentes

123 Tipos de brillo no metálico Adamantino: muy intenso (diamante) Vítreo: intensidad media, como el del vidrio (berilo) Graso: como el de una superficie engrasada (fractura en cuarzo) Sedoso: dado por agregados fibrosos (yeso) Mate: sin brillo, como una tiza (turquesa) Perlado: como una perla (talco, algunos carbonatos)

124 Adamantino (diamante) Graso (ópalo) Vítreo (topacio) Sedoso (anfíbol) Mate (turquesa)

125 Clivaje o exfoliación Capacidad de los minerales de partirse según planos cristalográficos, dando superficies más o menos planas

126 Mica

127 Clivaje o exfoliación Muy perfecta: micas Perfecta: topacio Mediana: feldespatos Imperfecta: berilo Sin exfoliación: ópalo Muscovita

128 Fractura Superficies irregulares que se forman a consecuencia de un golpe. Cuarzo, variedad crisoprasa

129 concoidal astillosa irregular

130 Raya Es el color del polvo del mineral. Puede o no coincidir con el color del mineral sin pulverizar.

131 Dureza Resistencia que opone un mineral a ser rayado por un material de ensayo afilado Diamante

132 Escala de Mohs 1 - Talco 2 - Yeso uña 3 - Calcita 4 - Fluorita 5 - Apatita navaja 6 - Feldespato 7 - Cuarzo 8 - Topacio vidrio apatita 9 - Corindón calcita 10 - Diamante

133 Densidad D = masa / volumen Ligero: < 2 Normal: 2-4 Pesado > 4 Ópalo (~ 1,98 g/cm 3 ) Espinela (~ 3,60 g/cm3 ) Zircón (~ 4,70 g/cm 3 )

134 Fluorescencia Scheelita Calcita

135 Willemita (verde) Calcita (roja) Franklin, New Jersey, EUA.

136 Propiedades ópticas Se necesitan instrumentos especiales para observarlas (el microscopio petrográfico es el más empleado) Basadas en la interacción de la luz (polarizada) con el mineral Algunas de ellas son: * Color (generalmente distinto del visible macroscópicamente) * Cambio del color con la orientación * Índices de refracción y varias otras

137 MICROSCOPIO DE PETROGRAFICO

138 Biotita

139 Zircón allanita

140 Cómo se prepara una roca o un mineral para verla al microscopio?

141 roca Vidrio Espesor: 0,030 mm

142 Resumen de puntos claves Los minerales pueden identificarse por: * Su composición química * Su estructura * Sus propiedades físicas Macroscópicas (color, brillo, dureza, densidad, clivaje, fractura, etc.) Ópticas (al microscopio petrográfico)

143 Recursos en Internet Información resumida de casi todas las especies conocidas: Información variada (incluyendo links a otros sitios mineralógicos) Sitios educativos: Fotos de minerales (incluyendo muchos raros) Curso de mineralogía en español)

144 Si quieren saber mas de Mineralogía? Mandá COLOMBO al 2020