NOCIONES ELEMENTALES DE MINERALES

Transcripción

1 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

2 Caliza Roca = Mineral Onix Rocas monominerálicas (Ej. calcita y caliza) Calcita 2

3 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

4 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

5 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, == 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. 5

6 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). 6

7 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) 7

8 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. 8

9 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 9

10 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 10

11 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 11

12 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: vítreo, perlado, sedoso, resinoso y terroso (opaco) LUSTRE 12

13 COLOR obvio, no confiable, muchas variaciones Ej. Cuarzo, otros como S, siempre amarillos 13

14 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 Equivalente diario 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) Talco Yeso Calcita Fluorita Apatito Ortoclasa Cuarzo Topacio Polvo de talco el más blando Uñas del dedo Moneda de bronce Clavo de hierro vidrio Cortaplumas Cuchillo de acero Papel abrasivo eccionar/dureza_escala_de_mohs.ht m 9 Corindón Rubí 10 Diamante Diamante sintético El más duro 14

15 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 15

16 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 16

17 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% Elemento Oxígeno Sílice Aluminio Hierro Calcio Sodio Potasio Símbolo Magnesio Mg 2,1 corteza; Otros 1,7 O Si Al Fe Ca Na P % en peso 46,6 27,7 8,1 5 3,6 2,8 2,6 17

18 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. 18

19 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 19

20 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

21 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: 3,2-3,6) 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

22 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 22

23 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. 23

24 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 24

25 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 25

26 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 (CaCO 3 ) y dolomita CaMg (CO 3 ) 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. 26