Mineralogía MINERALOGÍA MINERAL

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1 Mineralogía MINERALOGÍA Magnetita Profesor: M. en C. Gabriel Vázquez Castro. Pirrotita MINERAL Compuesto o elemento inorgánico Sólido De ocurrencia natural Con una composición química específica Que posee una estructura interna ordenada de átomos y como consecuencia de esta estructura interna presenta: Una forma cristalina característica (sólido) y Propiedades físicas características Los minerales son los constituyentes de las rocas. Ejemplo: diamante vs. diamante sintético diamante vs. carbón Los términos mineral, compuesto, elemento, átomo e isótopo, se refieren a diferentes niveles de organización de la materia. El siguiente nivel de organización superior a mineral, desde el punto de vista de Ciencias de la Tierra (Geología) es el de ROCAS. La corteza terrestre es la fuente de una gran variedad de minerales esenciales y de uso común. Superficie pulida de Turmalina NaCl Mineral Definición: sólido inorgánico de ocurrencia natural, que posee una estructura interna ordenada y una composición química definida.

2 MINERALOIDE Compuesto sólido natural sin composición química específica y sin estructura cristalina (amorfo). Ejemplo: vidrio, resina, ópalo MICROCRISTALINO Agregados cristalinos tan finos que su naturaleza cristalina solo puede determinarse con ayuda de un microscopio. Caracteristicas de P y T necesarias para la formación del diamante CRIPTOCRISTALINO Agregados cristalinos tan finos que su naturaleza cristalina no puede determinarse con ayuda de un microscopio, pero dan un patrón de rayos X. POLIMORFO Compuesto que bajo diferentes condiciones organiza su estructura cristalina de diferente manera (minerales de la misma composición) Ejemplos: Calcita vs. Aragonita, (CaCO 3 ) Diamante vs. Grafito (C) Pirita vs. Marcasita (FeS 2 ) Cuarzo vs Cristobalita vs. Tridimita )SiO 2 Diamante y grafito, polimorfos del Carbono. El cobre (Cu), se utiliza en cables para conducción eléctrica y en tubos para la alimentación de agua a las casas El oro (Au), se utiliza en joyería. El talco (Si 4 O 10 )Mg 3 (OH) 2 proviene de una roca metamórfica compuesta de este mineral.

3 Superficie pulida de Malaquita (carbonato de Cu). COMPOSICION DE MINERALES: ATOMOS, ELEMENTOS Y COMPUESTOS ÁTOMO La más pequeña división de la materia (partícula fundamental) que retiene las características químicas de un elemento. Se representa como un sistema solar en miniatura con un núcleo de protones y neutrones y hasta 7 capas de electrones orbitando alrededor del núcleo El cuarzo (SiO 2 ) es el principal componente en el vidrio utilizado en recipientes. a) PROTONES.- partículas cargadas positivamente con masa de 1 UMA b) NEUTRONES.- partículas eléctricamente neutras con masa de 1 UMA c) ELECTRONES.- partículas de tamaño infinitesimal con carga eléctrica negativa. Número atómico (Z): es el número de protones de un átomo Este número da la identidad de cada ELEMENTO Del No. atómico 1 al 92 corresponden a elementos que ocurren naturalmente (el 61 es excepción; 43, 85 y 87 son muy inestables, solo en espectro estelar). Del 93 en adelante No ocurren naturalmente, cuando se logra producirlos, son inestables Elemento: es la unión de átomos del mismo tipo, no es posible descomponerse en otros más simples. ISÓTOPOS Son elementos que tienen igual número atómico, pero distinto peso atómico ya que el número de neutrones puede variar. Peso atómico (masa atómica) = No. de protones + No. de neutrones Ejemplo: 12 C 6 p 6 n Forma mayoritaria 13 C 6 p 7 n Isótopo estable 14 C 6 p 8 n Isótopo radiactivo Los métodos radio-isotópicos, basados en el fenómeno de la radioactividad natural, son actualmente el fundamento de la geocronología cuantitativa. Ejemplo: H m.a. = 1 (1 protones) Forma mayoritaria deuterio m.a. = 2 (1 protones, 1 neutrón) tritio m.a. = 3 (1 protones, 2 neutrones) COMPUESTOS Los Átomos de los elementos reaccionan unos con otros y forman compuestos. Ej. El agua, los minerales. H 2 O CaCO 3 Con estas reacciones se llenan las últimas capas de los átomos, con lo cual quedan químicamente estables. En este proceso los átomos: a) ganan electrones: ANIONES.- ion cargado negativamente (# electr > # proton) b) pierden electrones: CATIONES.- ion cargado positivamente (# electr < # protones) Tipos de enlaces químicos La forma como se unen los átomos de los compuestos condiciona en gran medida el arreglo interno ordenado de átomos que ocurre en los minerales. a) IÓNICO. Electrón externo de un átomo se da a otro para completar sus 8 electrones de la última capa. Ejemplo: NaCl, ZnO, LiF, AgI, CaCO 3, BaSO 4, Metal + No metal b) COVALENTE. Unión más fuerte, electrones de ambos átomos son compartidos. La verdadera unión covalente solo se da con átomos del mismo elemento. Ejemplo: H 2 O, CH 4, HCL No metal + No metal

4 Metales Tipos de enlaces químicos IÓNICO Metal + No metal COVALENTE No metal + No metal No metales Gases nobles ESTRUCTURA CRISTALINA DE LOS MINERALES Los Átomos individuales ordenados de los minerales se encuentran juntos en una red: LÁTICE CRISTALINO. En esta red cada átomo o ión, se localiza en un lugar específico. Si ocupan lugares al azar entonces la estructura es AMORFA Metales de transición Esta organización interna solo puede darse en un Sólido Existen 6 Sistemas Cristalinos: Isométrico, Tetragonal, Hexagonal, Ortorrómbico, Monoclínico, Triclínico. Todos estos Sistemas Cristalinos están caracterizados por su forma exterior (ángulos entre caras), planos, ejes y centro de simetría Isométrico Tetragonal Casiterita SnO 2 Angulo entre ejes α = β = γ = 90 Angulo entre ejes α = β = γ = 90 Longitud de ejes a = b c Pirita FeS 2 Longitud de ejes a = b = c Galena PbS Halita NaCl Circón (ZrSiO 2 ) Angulo entre ejes α = β = δ = 90 Longitud de ejes a = b = d c γ = 120` Hexagonal Apatito Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH,F,Cl) Angulo entre ejes α = β = δ = 90 Longitud de ejes a = b = c Trigonal Revisar ojo Grafíto C Calcita CaCO 3 Dolomita CaMg(CO 3 ) 2

5 Angulo entre ejes α = β = γ = 90 Longitud de ejes a b c Anglesita PbSO 4 Barita BaSO 4 Ortorrómbico Olivino (Mg,Fe) 2 (SiO 4 ) Acantita Ag 2 S Triclínico Albita: NaAlSi y Distena: Al 2 SiO 5 Monoclínico Angulo entre ejes α = γ = 90 β > 90 Longitud de ejes a b c Angulo entre ejes α β γ 90 Longitud de ejes a b c Rodonita (Mn,Fe,Mg,Ca) SiO 3 Se han identificado cerca de 4,000 minerales diferentes. Sin embargo, solo unos cuantos son los más abundantes. Estos pocos minerales componen la mayoría de las rocas de la corteza terrestre, por tal motivo se les denomina como minerales formadores de rocas (SILICATOS).

6 Minerales formadores de rocas (SILICATOS). Cuarzo Feldespatos Micas Talco Amfiboles Piroxenos Olivino Granates Kaolinita Abundancia de los elementos químicos. CLASIFICACION DE MINERALES a) SILICATOS. Se subdividen en: (i) FERROMAGNESIANOS (ii) NO FERROMAGNESIANOS Constituidos por tetraedros de sílice (SiO 2 ), estructura básica, dispuestos en diversos arreglos. FERROMAGNESIANOS (Máficos) arreglos de tetraedros aislados (grupo del olivino), arreglos de cadenas sencillas (grupo de piroxenos), cadenas dobles (grupo de anfíboles), arreglos en capas (micas oscuras: biotita) NO FERRROMAGNESIANOS (Félsicos) en capas (micas claras: muscovita), en redes tridimensionales (grupo de los feldespatos y el cuarzo) b) NO SILICATOS. Se subdividen en grupos de acuerdo a sus aniones: carbonatos (calcita CaCO 3 ), sulfatos (yeso CaSO 4 2H 2 O), óxidos (hematita Fe 2 O 3 ) fosfatos (apatito Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH,F,Cl), sulfuros (pirita FeS 2 ), elementos nativos (Au, Ag, Cu) Haluros (Fluorita CaF 2 ) Sulfosales (Galena PbS) Nitratos (Salitre KNO 4 ) Boratos (Borax Na 2 B 4 O 7 10H 2 O) Tungstatos (Scheelita CaWO 4 ) Los silicatos se dividen generalmente en dos grandes grupos con base en su comportamiento químico: minerales ferromagnesianos que debido a su contenido de Fe su color es más obscuro y los no ferromagnesianos. Clasificación n Silicatos Los silicatos ferromagnesianos (obscuros), son minerales en los que los iones de Fe y/o Mg unen sus estructuras silicatadas. Los silicatos ferromagnesianos tienen más alto peso específico que los silicatos no ferromagnesianos (claros).

7 No ferromagnesianos (claros). El grupo mas común de minerales formadores de roca son los SILICATOS. Todos los silicatos tienen la misma estructura fundamental: un tetrahedro de oxigeno y silicio. Los tetraedros pueden formar una gran variedad de estructuras al compartir átomos de oxigeno con un átomo de silicio en tetraedros adyacentes. El radio entre los átomos de silicio y los de oxígeno difiere en cada estructura. Mientras más átomos de oxigeno se comparten, el porcentaje de silicio en el mineral se incrementa.

8 SiO 2 Los silicatos se caracterizan por tener un alto o bajo contenido de silicio, con base en su relación silicio-oxígeno. El alto o bajo contenido de silicio une los átomos formando una variedad de configuraciones cristalinas, denominadas sistemas cristalográficos. Grupos mayores de silicatos Las micas tienen la estructura en capas, por lo tanto se pueden separar en láminas. Todos los minerales han sido agrupados en clases de acuerdo a su composición química. Sulfuros Sulfosales Óxidos Carbonatos El cuarzo, que tiene enlaces iguales en todas direcciones no tiene clivaje, pero en su lugar tiene fracturas. Sulfatos Haluros Silicatos

9 Muchos de los sulfuros tienen enlaces iónicos pero otros, que poseen la mayoría de las propiedades de los metales, tienen enlaces metálicos, al menos parcialmente. La fórmula general de los sulfuros es AmXn, en donde A representa los ele-mentos metálicos y X el elemento no metálico. El orden de enumeración de los distintos minerales es el de la proporción decreciente A : X Son minerales en los que el metal o el semimetal están combi-nados directamente al azufre. Si están presentes tanto el metal como el semimetal, éste ocupa el lugar del azufre en la estructura y así actúa como un elemento electronegativo. Importantes desde el punto de vista económico, aunque se encuentran en menores proporciones que los silicatos. ÓXIDOS Los óxidos comprenden aquellos compuestos en que el oxígeno está combinado con uno o más metales. Se clasifican en: óxidos simples, óxidos múltiples e hidróxidos. Los óxidos simples estan compuestos de un metal y oxígeno, son de diferentes tipos con diferentes proporciones A : O Los óxidos múltiples tienen dos átomos de metal, no equivalentes (A y B). Cuando en alguno de estos compuestos el hidrógeno ocupe el lugar del metal, como en la goethita, HFeO2, entonces se agrupan con los hidróxidos. La clase química de los haluros se caracteriza por el predominio de los iones halógenos electronegativos, Cl -, Br-, F- y I- que son grandes, tienen carga débil y se polarizan fácilmente. Todos los haluros cúbicos tienen dureza relati-vamente baja, puntos de fusión de moderados a elevados, y en estado sólido son malos conductores del calor y de la electricidad.

10 La calcita y dolomita (carbonatos) se encuentran comúnmente en las rocas sedimentarias caliza y dolomía. Otros dos minerales no silicatados que frecuentemente se encuentran en las rocas sedimentarias son la halita y el yeso.

11 Serie de Reacciónes de Bowen IDENTIFICACION DE MINERALES Observación de propiedades físicas en muestras de mano. PROPIEDADES FISICAS DE LOS MINERALES Color Dureza Clivaje Microscopio Petrográfico.- Láminas delgadas vistas con luz transmitida y reflejada, se observan propiedades ópticas de los minerales características para su identificación (estas propiedades son consecuencia de su estructura interna): Reflexión y refracción, Dispersión, Birrefringencia, Isotropía y Anisotropía, Pleocroismo. Mediante la difracción de Rayos X Microscopio electrónico y de barrido.- Se observa la forma y estructura de los minerales. (AlSi) 8 O 22 Ca 2 Na(Mg,Fe 2 ) 4 (Al,Fe 3, Ti)(O,OH) 2 Cu 2 CO 3 (OH) 2 CuFeS 2 (AlSi 3 O 8 )K Peso específico Reacción al ácido Raya Forma Fractura Lustre IDENTIFICACIÓN DE ELEMENTOS: Espectrómetros, Fluorescencia de rayos X Sabor Hábito Cada mineral tiene una estructura ordenada y una composición química definida que le da sus propiedades físicas particulares.

12 Color.- Propiedad más conspicua y menos confiable depende del grado de absorción de la luz; las pequeñas impurezas pueden cambiar el color. S Cu SiO 2 Cu 2 CO 3 (OH) 2 FeS 2 El color: es indudablemente la característica más obvia de un mineral. El color no siempre es una propiedad muy útil, pues algunas impurezas en el cuarzo pueden producir una variedad de colores, que pueden confundirlo con algún otro mineral. Dureza.- Resistencia a ser rayado. Se usa escala de Mohs del 1 al 10; 1 = Talco 10 = diamante Navaja de acero = 6.5 Vidrio = 5.5 Uña = 2.5 La dureza: es una medida de la resistencia de un mineral a ser rayado por algún otro de dureza conocida. Cualquier mineral de dureza desconocida puede ser comparado con otros minerales u objetos de dureza conocida. Cualquier mineral de dureza desconocida puede ser comparado con otros minerales u objetos de dureza conocida. Este mineral no puede ser rayado por la uña de un dedo.

13 Muy diagnóstica El mismo mineral no puede rayar el vidrio con dureza de 5.5 Por tanto su dureza es: El crucero o clivaje: es la tendencia de un mineral a romperse a lo largo de planos de debilidad. En las micas el crucero es en capas planas. El peso específico: es el número que representa la relación del peso de un mineral entre el peso de un volumen equivalente de agua. El peso específico aumenta con el incremento del número atómico. La mayoría de los minerales más comunes tienen un peso específico entre 2.5 y 3.

14 Reacción al ácido.- burbujeo al HCl Ej.: CaCO 3 + 2HCl CO 2 + H 2 O + Ca 2 + 2Cl 2 La raya: es el color que deja el polvo de un mineral al ser friccionado contra una superficie de porcelana blanca. Con la efervescencia se observa la reacción al ácido clorhídrico. FeS 2 SiO 2 En algunos casos es diagnóstico como la hematita La raya de un mineral no cambia aunque el color del mismo si lo haga. La forma : es la expresión externa de la estructura cristalina (interna) de un mineral, como los ángulos entre caras. Tipos de fracturas Concoidal Fibrosa o astillosa Irregular Ganchuda La fractura: la presentan aquellos minerales que no tienen crucero. (ej. concoidal) El cuarzo, que tiene enlaces iguales en todas direcciones no tiene clivaje, pero en su lugar tiene fracturas.

15 PbS Tipos de lustres Metálico / No Metálico Adamantino Vítreo CaF 2 Graso Resinoso o ceroso Perlado El lustre: es la apariencia o cualidad de reflejar la luz de la superficie de un mineral. Sedoso Terroso El sabor: es otra propiedad que puede ser utilizada para identificar algunos minerales, como por ejemplo la halita (NaCl), mejor conocida como sal y silvita (KCl). Tipos de Hábitos Columnar laminar Hojoso Dendrítico Hábito.- Disposición de los cristales: Prismático, columnar, tabular, espicular, dendrítico. Columnar Dendrítico Acicular Fibroso Hojoso Laminar Radial Reticulado Tabular Drúsico Coloforme Globular Botroidal Reniforme Mamilar OTRAS PROPIEDADES FISICAS DE LOS MINERALES Con el tacto, el grafito se siente grasoso. Con el magnetismo, es posible detectar la magnetita, un imán natural.

16 Piedras preciosas Esmeralda Berilo Rubí Corindón- rojo Zafiro Corindón- azul, rosa, cualquier color diferente al rojo. Swarovski: vidrios (lo llaman Cristal ), con capas químicas metálicas especiales, logrando crear un cristal que permita que la luz refracte en un espectro del arco iris, entre estas capas metálicas, utilizan entre otras, 32% de plomo, lo que logra maximizar la refracción. Una roca sin embargo se define como un agregado de uno o más minerales. CLASIFICACIÓN GENETICA GENERAL DE LAS ROCAS I. IGNEAS II. SEDIMENTARIAS III. METAMÓRFICAS I. IGNEAS.- Formadas a partir de solidificación o cristalización de materiales fundidos: El termino de agregado implica que los minerales se encuentran juntos como una mezcla en la que las propiedades individuales de los diferentes minerales se conservan. (a) magma (bajo superficie) ROCAS INTRUSIVAS (cristales grandes, enfriamiento lento) (b) lava (arriba de superficie) ROCAS EXTRUSIVAS (cristales pequeños, enfriamiento rápido) Principal. atributo: formadas por cristales II. SEDIMENTARIAS.- Formadas por el depósito y posterior soterramiento (y litificación) de partículas desprendidas de rocas anteriores por acción de la intemperie y/o erosión. III. METAMÓRFICAS.- Formadas a partir de otras rocas, por procesos de recristalización y transformación de rocas en su estado sólido debido a: (i) Calor; (ii) Presión; (iii) Fluidos químicamente activos (incluida agua), ( C) ( m). Principal atributo: estratificación. (a) CLÁSTICAS O DETRÍTICAS.- Por depósito de fragmentos de roca acarreados (agua, viento, hielo) Conglomerados y brechas (gravas) > 2mm Areniscas (arenas) 1/16 2 mm Lutitas y lodolitas (lodo/arcilla) < 1/6 mm (b) QUÍMICAS Y BIOQUÍMICAS.- Por depósito de material en suspención. Calizas y dolomías; Evaporitas; Carbón, rocas silíceas (pedernal; radiolarita, diatomita) Límites: con las rocas sedimentarias: metasedimentarias; con rocas Intrusivas: migmatitas (fusión parcial). Atributos: formadas por cristales, alargados, alineados, deformados, recristalizados. (a) FOLIADAS- Con foliación: arreglo paralelo de sus minerales tabulares o micáceos perpendicularmente a dirección de máxima presión o en planos dispuestos en ángulos agudos con respecto a dirección de esfuerzo cortante Pizarras, filitas, esquistos (esquistosidad), gneisses (bandeamiento) (b) NO FOLIADAS.- Con granos equidimensionales (poca presión o esfuerzo para orientar granos) Mármol, metacuarcita, serpentinita

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