MINERALOGÍA TEMA 27.5 FILOSILICATOS. ÍNDICE Características estructurales Clasificación. Celia Marcos Pascual

Transcripción

1 MINERALOGÍA TEMA 27.5 FILOSILICATOS ÍNDICE Características estructurales Clasificación 1

2 Los filosilicatos son muy importantes desde el punto de vista geológico. Los productos de meteorización de las rocas y, por lo tanto, los constituyentes de los suelos, tienen en su mayoría el tipo estructural de los filosilicatos. Los filosilicatos se caracterizan porque siempre contienen en su estructura grupos OH. Comprenden los siguientes grupos: Grupo de la serpentina Antigorita Crisotilo Grupo de las arcillas Caolinita Talco Grupo de la mica Moscovita Biotita Flogopita Lepidolita Margarita Grupo de la clorita Clorita Su nombre procede de la palabra griega phyllon = hoja, debido a su hábito hojoso o escamoso y una dirección de exfoliación dominante. Son blandos y con peso específico bajo. 2

3 CARACTERÍSTICAS ESTRUCTURALES La estructura de los filosilicatos está formada por dos bloques básicos: 1. Capa u hoja tetraédrica, formada por tetraedros SiO Capa u hoja octaédrica, que comparten aristas. En la capa tetraédrica cada tetraedro comparte tres vértices (3 oxígenos) con los tetraedros vecinos, formando una capa de extensión indefinida, con fórmula general Los vértices no compartidos apuntan hacia el mismo lado. En esta capa la disposición de los tetraedros es en forma de anillos, con simetría senaria. La capa tetraédrica y la octaédrica están conectadas. La capa octaédrica está constituida por una serie de octaedros que comparten aristas, con grupos (OH) o con átomos de O en los vértices. Puede contener cationes divalentes o trivalentes. A la capa octaédrica se la denomina capa trioctaédrica porque el balance de cargas se consigue cuando hay 3 octaedros dentro de cada anillo hexagonal de tetraedros de silicio, cuando los octaedros contienen iones divalentes, como Mg 2+ o Fe 2+. Figura Estructura cristalina del talco. Ejemplo de capa trioctaédrica. A la capa octaédrica se denomina capa dioctaédrica cuando los octaedros contienen iones trivalentes como Al 3+ o Fe 3+. Sólo 2/3 de los octaedros son ocupados. 3

4 Figura Estructura cristalina de la moscovita. Ejemplo de capa dioctaédrica. Los octaedros de esta capa dioctaédrica son más distorsionados que los de la capa trioctaédrica, porque las posiciones que están vacantes son más grandes que las posiciones que las rodean. La estructura de los filosilicatos se construyen por apilamientos diferentes de estas dos capas básicas, trioctaédrica y dioctaédrica. El ajuste ideal entre una capa tetraédrica (Si 2 O 5 ) y una octaédrica requiere que el radio del catión del octaedro sea de aproximadamente 0,75 Å (algo más pequeño que el Mg 2+ ). El desajuste entre las capas provoca que para determinadas composiciones no crezcan cristales de tamaño grande, como ocurre en los minerales de la arcilla. El desajuste entre las capas tetraédrica y octaédrica puede deberse a que el octaedro es más pequeño que el tetraedro y el ajuste se consigue por: Rotación de los tetraedros de Si alrededor de un eje perpendicular a la capa. Caso de caolinita Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 o talco Desdoblamiento en trozos a modo de cintas como en sepiolita o paligorskita El desajuste puede depender de los cationes que ocupan los octaedros y los tetraedros. El ajuste puede conseguirse por: Ondulación de las capas como en antigorita Curvamiento de las capas como en crisotilo Aplanamiento de las capas como en lizardita. 4

5 CLASIFICACIÓN DE LOS FILOSILICATOS Los filosilicatos se clasifican por la forma en que se apilan las capas tetraédricas y las octaédricas. El apilamiento de capas forma una especie de sandwich. Los tipos son los siguientes: Tipo 1:1 Tipo 2:1 Tipo 2:1:1 La repetición de las capas define el espaciado (001) de la celda unidad. Este espaciado se usa para identificar el tipo de apilamiento. Tipo 1:1 La distancia a la que se repiten las capas es de 7 Å La unidad consta de dos capas: la tetraédrica de silicio (SiO 4 ) y la octaédrica. Figura Unidad de repetición en filosilicatos tipo 1:1 Estas capas tienen balance de cargas y están unidas por enlaces débiles. El caolín tiene esta estructura, siendo la capa octaédrica dioctaédrica. Ejemplo: La serpentina es trioctaédrica. CAOLINITA (Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 ) Cristalografía: Cristaliza en el sistema cristalino triclínico grupo espacial Pl a = 5,14 Å, b = 8,93 Å, c = 7,37 Å, α = 91º48, β = 104º30, γ = 90º; Z = 2. Propiedades físicas: Color: Blanco aunque a veces presenta tonos azulados, amarillentos etc. Raya: Blanca Brillo: Mate térreo o nacarado cuando es cristalino Dureza: 2 a 2,5 Peso específico: 2,6 Otras: Mineral blando de tacto untuoso Origen y Yacimientos: 5

6 Como productos de alteración hidrotermal o meteórico de rocas que contienen feldespatos y moscovita. También en sedimentos a partir de la erosión de rocas ácidas caolinitizadas. En España existen más de doscientas localidades con explotaciones de caolín que contienen caolinita, sin embargo las de máxima concentración se encuentran en Lage y Santa Comba (La Coruña), Jove, Cervo, Foz, Guitiriz (Lugo), La Guardia, Porriño, Tuy (Pontevedra), Grado, Salas, Candamo, Belmonte y Oviedo (Asturias), Alange, Manchita, Zarza de Alange, Monterrubio de la Serena (Badajoz), Navas del Pinar (Burgos), Honojosa del Duque (Córdoba), San Martín de Montalbán (Toledo) y los facies Weald y Utrillas de gran desarrollo en la Cordillera Ibérica, especialmente en Cuenca, Teruel, Valencia, Zaragoza y Guadalajara. Tipo 2:1 La distancia de repetición de las capas es de 10 Å La unidad estructural incluye tres capas: una octaédrica entre dos tetraédricas. Figura Unidad de repetición en filosilicatos tipo 2:1 Las tres capas están unidas por iones alcalinos monovalentes (Na +, K + ) mediante enlaces débiles. En el talco, la capa octaédrica es trioctaédrica y no tiene iones entre las capas. En los minerales de la arcilla hay cationes y H 2 O entre las capas y la capa octaédrica es dioctaédrica en montmorillonita. En las micas tienen cationes monovalentes entre las capas y en moscovita la capa octaédrica es dioctaédrica y en flogopita trioctaédrica. Politipismo en las micas En la estructura de las micas dos características son las que dan lugar al politipismo. En el sandwich t-o-t, las dos capas de tetraedros, la de abajo y la de arriba tienen sus tetraedros de manera que los vértices de la de abajo no coinciden con sus opuestos de la capa de arriba. Esta descompensación hace que exista la coordinación octaédrica en la capa octaédrica. La simetría hexagonal de la capa tetraédrica hace que la descompensación pueda estar en cualquiera de las seis direcciones posibles. 6

7 Figura Direcciones posibles de la descompensación de las capas tetraédricas de las micas El apilamiento de la unidad repetitiva de las capas es diferente y de lugar a 6 politipos diferentes. El politipo se denomina de acuerdo al número de capas en la unidad de repetición en el apilamiento y la simetría de la celda unidad. monoclínico M romboédrico (trigonal) - T rómbico - O (de orthorombic) hexagonal - H Ejemplos: ARCILLAS Figura Ejemplos de politipos en micas Los minerales de la arcilla son los componentes de grano fino de materiales geológicos, ocurriendo en su mayor parte como partículas con estructura filosilicato u hoja con diámetros que abarcan desde unos pocos micrómetros hasta unas pocas centésimas de micrómetro. Tienden a tener áreas superficiales grandes, a menudo con alta capacidad de intercambio catiónico, alta capacidad de adsorción y algunas con propiedades de hincharse, todas estas características hacen de las arcillas materiales muy interesates para el estudio y con propiedades importantes desde el punto de vista científico y aplicado. Los minerales de la arcilla son importantes en un número de aplicaciones geológicas como correlaciones estratigráficas, indicadores de ambiente de deposición y la temperatura para la generación de hidrocarburos. También forman un componente importante de terrenos donde ejercen una influencia dominante en la estructura del terreno y nutrición de plantas. En industria, son usados en taladros barros, recubrimientos y rellenos en la manufactura del papel, cerámica, 7

8 manufactura de ladrillos y tejas y muchas otras aplicaciones. El término "arcilla" en contraste con el de "mineral de la arcilla" es a menudo una mezcla químicamente muy heterogénea y estructuralmente compleja de partículas coloides que incluye minerales de arcilla mezclados con otros minerales de tamaño muy fino como cuarzo, feldespatos, carbonatos, óxidos e hidróxidos de aluminio y herro y materia orgánica. BIOTITA (K(Mg,Fe 2+ )(Al,Fe 3+ ) Si 3 O 10 (OH,F) 2 ) Cristalografía: Cristaliza en el sistema cristalino monoclínico grupo espacial C2/c a = 5,31 Å, b = 9,23 Å, c = 10,18 Å; β = 99º18 ; Z = 2 Figura formas cristalinas (izquierda) y simetría (derecha) de biotita Propiedades físicas: Color: Generalmente verde oscuro, de pardo a negro. Raras veces amarillo claro. Las hojas finas tienen un color ahumado Raya: Blanca Brillo: Nacarado, vítreo o submetálico Dureza: 2,5 a 3 Peso específico: 3 Óptica: Fuerte pleocroísmo y birrefringencia. Biáxica negativa Origen y Yacimientos: Es la más común de las micas, entrando como componente principal o accesorio de casi todas las rocas ígneas, esencialmente de los granitos, dioritas, gabros, sienitas etc.. así como en numerosas rocas metamórficas. En España se han encontrado buenos ejemplares en Colmenar Viejo y en general en muchos lugares de la Sierra de Guadarrama y Somosierra (Madrid) y en los granitos de Vivero (Lugo), 8

9 gneis de Vigo y Redondela (Pontevedra) e Infiesto (Asturias). En San Gervasio y Tibidabo (Barcelona), en la Sierra de Béjar en el denominado granito del Trampal (Salamanca). En El Pedroso (Sevilla), Cabo de Gata (Almería), Mar Menor y Cartagena (Murcia). MOSCOVITA (KAl 2 (Si 3 Al)O 10 (OH,F) 2 ) Cristalografía: Cristaliza en el sistema cristalino monoclínico grupo espacial C2/c a = 5,19 Å, b = 9,04 Å, c = 20,08 Å, β = 95º30 ; Z = 4 Figura formas cristalinas (izquierda) y simetría (derecha) de moscovita Estructura cristalina: Figura Estructura cristalina de moscovita Propiedades físicas: 9

10 Color: Transparente e incoloro, si bien en bloques gruesos puede ser traslúcida con tonalidades claras amarillas, pardas, verdes o rojas. Raya: Incolora o blanca Brillo: Vítreo a sedoso o perlado Dureza: 2 a 2,5 Peso específico: 2,8 Otras: Fácil exfoliación y elasticidad. Origen y Yacimientos: Como componente de muchas rocas eruptivas, así como en granitos. También en rocas metamórficas como gneises, pizarras, micacitas, corneanas, así como sus correspondientes sedimentarias como areniscas, argilitas etc... Los mayores cristales aparecen en pegmatitas. En España aparece en Martínez (Ávila), con aspecto fibroso. Las minas más importantes son las de Garcirrey en Salamanca. Grandes láminas se encuentran en Presqueira (Orense), Meis, Jesteira, Villagarcía de Arosa, Puenteáreas, Salvatierra de Miño (Pontevedra), Valadouro y Muras (Lugo). En Fuentenebró (Burgos), en general en toda la Sierra de Guadarrama (Madrid) y en las pegmatitas del coto Carbonell Fuenteovejuna (Córdoba). En Morón de la Frontera (Sevilla) (en el denominado Cerro del Imán), en el gneis cordierítico de Istán y Marbella (Málaga) y en Valencia de Alcántara (Cáceres). En Cataluña se encuentra principalmente en Lenz, Cabo de Creus, Tibidabo y Pirineos especialmente en Bosost (Lérida). TALCO (Mg 3 Si 4 O 10 (OH) 2 ) Cristalografía: Cristaliza en el sistema monoclínico; grupo espacial C2c a = 5,27 Å, b = 9,12, c = 18,85 Å, β = 100º; Z = 4 Estructura cristalina: 10

11 Propiedades físicas: Figura Estructura cristalina de talco Color: Verde pálido, blanco, negro, rosado y amarillento Raya: Blanca o más clara que el color en sus variedades verdes Brillo: Craso, céreo o sedoso, a veces nacarado en fresco Dureza: De 1 a 1,5 Peso específico: de 2,6 a 2,7 Óptica: Birrefringencia fuerte. Biáxico negativo. Origen y Yacimientos: Hidrotermal formado a partir de rocas ultrabásicas. Por metasomatismo silíceo de dolomías. En España los principales yacimientos se encuentran en Puebla de Lillo (León), Lucar, Somontín y Tíjola (Almería), Serranía de Ronda, Mijas, Ojén, Benahavís, Marbella, Fuengirola (Málaga), La Bajol y Massanet de Cabrenys (Gerona). Con menor importancia existe talco en diversos puntos de la Sierra de Guadarrama, como Colmenar del Arroyo, Horcajuelos y Puerto de la Cruz Verde (Madrid). Tipo 2:1:1 La distancia de repetición de las capas es de 14 Å La unidad estructural incluye cuatro capas: una octaédrica de brucita y otra octaédrica de gibbsita o de brucita entre dos tetraédricas. 11

12 Figura Unidad de repetición en filosilicatos tipo 2:1:1 Estas estructuras multicapa están unidas por cationes alcalinos (Na +, K + ) mediante enlaces Ejemplo: CLORITAS débiles. Esta estructura la tienen los minerales del grupo de la Clorita. Los minerales de este grupo recuerdan por sus propiedades a las micas. Cristalizan en el sistema monoclínico, poseen una exfoliación perfecta, baja dureza y pequeño peso específico. La mayoría de ellos se distinguen por su coloración verde, lo que les ha dado su denominación (en griego "chloros" quiere decir verde). Existe un gran número de nombres para las distintas variedades de cloritas según su composición química. Las cloritas son aluminosilicatos, principalmente de Mg, Fe 2+ y Al, en parte de Ni, Fe 3+ y Cr 3+. Muy individualizadas en el aspecto cristalográfico, las especies minerales ricas en Mg se denominan ortocloritas. Las especies minerales coloformas, ricas en hierro y de composición inconstante en muchos casos, constituyen un subgrupo especial de aluminoferrosilicatos bajo el nombre general de leptocloritas. Se puede considerara que las cloritas responden a la fórmula general A 4-6 Z 4 O 10 (OH,O) 2, donde: A = Al, Fe 2+, Fe 3+, Li, Mg, Mn 2+, Ni, Zn Z = Al, B, Fe 3+, Si La estructura cristalina 12

13 Ejemplos son: Figura Estructura cristalina de clorita Chamosita ((Fe 2+,Mg,Fe 3+ ) 5 Al(Si 3 Al)O 10 (OH,O) 8 ) Clinocloro ((Mg,Fe 2+ ) 5 Al(Si 3 Al)O 10 (OH) 8 ) 13