TEMA 3º.- MINERALES 1º.- INTRODUCCIÓN

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1 1 1º.- INTRODUCCIÓN TEMA 3º.- MINERALES Mineral: Sólido, homogéneo, natural, con estructura atómica ordenada y una composición química definida. Excepciones: Sólido: Hg es sólido a temperatura ambiente y cristaliza a 39 ºC. Inorgánico: la calcita de caparazones de seres vivos. Ordenado: algunos son amorfos: ópalo, calcedonia... Fórmula: no son sustancias puras, hay impurezas dentro de la red. Hay 3000 minerales conocidos. Roca: Es la asociación de uno o más minerales: caliza, yeso, granito... Cristal: Forma externa (fenocristal) o interna (criptocristal) ideal de un sólido cristalino. Sistema de puntos materiales ordenados en el espacio según relaciones de periodicidad. La materia mineral puede ser: AMORFA: Los elementos que constituyen el mineral no están periódicamente ordenados en el espacio. Los átomos se distribuyen al azar. No y formas geométricas definidas (forman esferas). Son formas raras, transitorias y no estables: ópalo, limonita, sepiolita... La principal característica de ellos es la isotropía: la intensidad de las propiedades físicas no depende de la dirección tomada. CRISTALINA: Los átomos, iones, moléculas están ordenados en el espacio. Hay caras, vértices, aristas... C + V = A + 2 Hay 7 sistemas cristalográficos y casi todos los minerales, si se dan las condiciones de espacio, tiempo, presión y temperatura cristalizan. Las propiedades de la materia cristalina dependen de su periodicidad y son tres: Homogeneidad: los nudos de la red son idénticos. Simetría: hay coincidencia entre puntos homólogos. Anisotropía: las propiedades de un cristal no son las mismas en todas direcciones.

2 2 2º.- ELEMENTOS DE SIMETRÍA. REDES CRISTALINAS. SIMETRÍA: Propiedad de un cristal en la que sus elementos morfológicos (C, V y A) ocupan posiciones idénticas respecto a un punto, un eje o un plano. Eje de simetría: Líneas imaginarias que atraviesan el cristal y que al girar el mismo coinciden 2 ó más veces en cada vuelta. Si coinciden 2 el eje es binario, si 3 ternario, si 4 cuaternario, si 6 senario. Plano de simetría: Planos ideales que dividen al cristal en dos mitades simétricas. Centro de simetría: Divide en dos partes iguales a todo segmento que pase por él. Red espacial cristalina: a ordenación en las tres direcciones del espacio de átomos, iones, moléculas o grupos iónicos (nudos). Se forma un poliedro formado por: - 3 vectores: a, b, c. (PIU) - 3 ángulos: α β γ Los PIUs son periodos identidad unidad.

3 3 SISTEMAS CRISTALOGRÁFICOS: 1º.- CÚBICO: paralelogramo cuadrado. Celdilla: cubo. Ctes cristalográficas: a = b = c α = β = γ = 90º Elementos simetría 9 planos, 4 E 3, 3E 4, 6E 2, 1C Ejemplos: fluorita, sal gema, galena, pirita. 2º.- TETRAGONAL: cuadrado. Celdilla: prisma recto base cuadrada Ctes cristalográficas: a b c α = β = γ = 90º Elementos simetría 5 planos, 1E 4, 4E 2, 1C Ejemplos: rutilo, circón, casiterita... 3º.- RÓMBICO: rectángulo. Celdilla: prisma recto base rectangular. Ctes cristalográficas: a b c α = β = γ = 90º Elementos simetría 3 planos, 3E 2, 1C Ejemplos: aragonito, marcasita, estuaroli

4 4 4º.- HEXAGONAL hexágono Celdilla: prisma recto base hexagonal. Ctes cristalográficas: a = b c α = β = 90º γ = 120º Elementos simetría 7 planos,1e 6, 6E 2, 1C Ejemplos: cuarzo, apatito, berilo, hielo... 5º.- MONOCLÍNICO: rectángulo. Celdilla: prisma oblicuo b. rectangular. Ctes cristalográficas: a b c α = γ = 90º y β 90º Elementos simetría 1 plano, 1E 2, 1C. Ejemplos: yeso, ortosa, azurita... 6º.- TRICLÍNICO: Celdilla: Ctes cristalográficas: Elementos simetría Ejemplos: romboide. prisma oblicuo romboidal. a b c α β γ 90º 1C distena, albita, anortita... 7º.- TRIGONAL ROMBOÉDRICO: rombo Celdilla: prisma oblicuo de base rómbica. Ctes cristalográficas: a = b = c α = β = γ 90º Elementos simetría 3 plano, 3E 2, 1E 3 y 1C Ejemplos: calcita, siderita, magnesita, turmal

5 5 REDES DE BRAVAIS 7 Sistemas cristalinos simples 7 Sistemas cristalinos múltiples Total 14 redes Bravais Estas 14 redes son formas holoédricas ya que presentan todos los elementos de simetría propios del sistema. Son formas meroédricas aquellas que no presentan todos los elementos de simetría propios del sistema.

6 6 3º.- TIPOS DE ENLACE QUÍMICO EN LA REDES Un nudo en una red cristalina está ocupado por 1 átomo, 1 ion, 1 molécula, 1 grupo iónico... y alcanza la posición de equilibrio en el cero absoluto 237 ºC (0 K). Enlace iónico: Electrostático. Entre iones positivos (cationes) y negativos (aniones). Hay atracciones electrotáticas + y -. Cationes rodeados por aniones: número de coordinación. NaCl con número de coordinación 6 Cl - 1,81 Amstrong Na + 0,97 Amstrong Se da en carbonatos, sulfatos, halogenuros, óxidos, sulfuros... Enlace covalente: Los átomos comparten pares de electrones (parejas) Se da entre elementos de electronegatividad media. (4 e - ) Enlace muy fuerte. Se representa por Ejemplo: diamante, cuarzo... Se da en silicatos, sulfuros

7 7 Metálico: Nudos ocupados por núcleos atómicos. Electrones formando una nube con gran movilidad (buenos conductores del calor y la electricidad) Se da en elementos poco electronegativos (liberan fácilmente sus electrones). Se da en elementos nativos, aleaciones, sulfuros... Van der Waals: Uniones por cargas eléctricas residuales: entre dipolos molecular Dureza baja del mineral. Ejemplos son el azufre y el grafito. Puentes hidrógeno: Se da entre el hidrógeno (electro+) y otro átomo electro- (O, N, S...). Poca fuerza de unión. Ejemplo: el hielo.

8 8 4º.- PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS MINERALES Vectoriales: Éstas pueden ser: Vectoriales: dependen de la dirección tomada. Escalares: no dependen de la dirección tomada. DUREZA: Resistencia que opone el mineral a ser rayado. Talco, yeso, calcita, fluorita, apatito, ortosa, cuarzo, topacio, corindón y diamante. ELASTICIDAD y PLASTICIDAD: Si recupera la forma es elástico y si no la recupera es plástico. Es frágil si termina rompiendo. DÚCTIL y MALEABLE: Propiedad del mineral para formar hilo o láminas. EXFOLIACIÓN: Romper en figuras geométricas determinadas: cúbica: galena, octaedros: fluorita, diamante, romboédrica: calcita... BRILLO: Aspecto externo de la superficie del mineral: metálico y no metálico (adiamantino, resinoso, cristalino...). COLOR: Resulta de las radiaciones que refleja el mineral: blanco: cerusita, negro Magnetita, incoloro: cuarzo... CROMATISMO: Algunos iones cromóforos dan nuevo color al mineral. El Al 2 O 3 (corindón) es incoloro, pero con 0,1 % de Cr 2 O 3 es rojo (rubí) y menor de 0,01 % es azul (zafiro). Pequeñas cantidades de Cr en el berilo lo hacen verde (esmeralda) y de Fe genera el aguamarina. BIRREFRINGENCIA: El mineral desdobla en dos el rayo que le incide: uno ordinario y otro extraordinario. Ejemplo: Espato de Islandia. CONDUCTIVIDAD: Alta en enlace metálico, media en el covalente y nula en el iónico, salvo que se encuentre disuelto. Escalares: PESO ESPECÍFICO: A mayor radio iónico menor densidad. El diamante presenta un nº de coordinación 4 y densidad de 3,5 (1 quilate 0,2 gr) y el grafito con nº de coordinación de 3 su densidad es de 2,2 gr/cc. FUSIBILIDAD: Azufre < Antimonita < Almandino < Calcopirita < Ortosa < Cuarzo (1770 ºC)

9 9 5º.- ISOMORFISMO - POLIMORFISMO ISOMORFISMO: Goldschmidt: Minerales isomórficos son los que teniendo fórmula química análoga presentan el mismo sistema cristalino. Igualdad de formas con distinta composición química. 1818: KPO4H2 Tetragonal KasO4H2 Tetragonal Cumplen la ley de Steno: Ley de constancia de los ángulos diedros y se creía que eran la misma sustancia o compuesto Isomorfismo isovalente: Se sustituyen iones de igual valencia y signo (tamaño no diferente en 15 %) Fe 2+ (0,74 Amstrons), Mg 2+ (0,66), Ca 2+ (0,99) Fe 3+ (0,64), Al 3+ (0,51), Cr 3+ (0,63) Ejemplo: CaCO 3 Calcita MgCO 3 Magnesita Los tres ROMBOÉDRICO FeCO 3 Siderita Fe 2 SiO 4 Fayalita FeMgSiO 4 Olivino Los tres en el RÓMBICO Mg 2 SiO 4 Forsterita Los minerales no son sustancias puras sino que contienen impurezas. Isomorfismo heterovalente: Hay sustitución de iones de distinta valencia (tiene que haber compensación de cargas con el resto de la molécula) Ejemplo: Plagioclasas: Albita NaSi 3 AlO 8 Anortita CaSi 2 Al2O 8 El Na + es sustituido por el Ca 2+ y el Si 4+ por el Al 3+ para mantener la neutralidad de la molécula. POLIMORFISMO: Es la capacidad que posee una sustancia o mineral de cristalizar en distintas formas cristalográficas. Ejemplo: S 2 Fe Cúbico Pirita ph básico Rómbico Marcasita ph ácido C Cúbico Diamante Hexagonal Grafito CaCO 3 Romboédrico Calcita Rómbico Aragonito

10 10 Al 2 SiO 5 Rómbico 69º Sillimanita Rómbico 89º Andalucita Monoclínico Distena