Tema 8. Mineralogía Sistemática

Transcripción

1 Tema 8 Mineralogía Sistemática

2 Minerales Existen descritos más de 3500 especies minerales (sin incluir variedades) Sin embargo, solo unos cuantos son importantes en cuanto a su frecuencia Otros muchos son importantes desde diversos puntos de vista (economía, tecnología, propiedades, etc.)

3 Grupos Minerales Elementos nativos Óxidos e hidróxidos Haluros Sulfuros Carbonatos Sulfatos Silicatos Otros (fosfatos, vanadatos, molibdatos, wolframatos, )

4 Tetraedro de Silicio: SiO 4 (carga neta: -4) Oxígeno (O -2 ) Silicio (Si 4 ) Ordenamiento de átomos de O alrededor de un átomo de Si Poliedro de coordinación

5 Oxígeno compartido (OC) Las estructuras de los silicatos se caracterizan por el número de OC s por cada átomo de Si. Cuanto mayor sea OC/Si, más compleja y polimerizada estará

6 Estructura del Olivino (Mg,Fe) 2 SiO 4

7 Modelos Estructurales de Silicatos en Cadena: Piroxenos A 2 Ión Positivo 2 Oxígeno Silicio B etc. etc. etc.

8 Oxígeno Silicio etc. etc. etc.

9 Ión positivo etc. etc. etc.

10 Ión positivo Oxígeno 2 2 Silicio etc. etc. etc.

11 Poliedros de Coordinación

12 Abundancia de Silicatos

13 Estructuras Minerales [SiO 4 ] 4- Tetraedros independientes Nesosilicatos (Ejemplos: olivino, granates) [Si 2 O 7 ] 6- Tetraedros dobles Sorosilicatos (Ejemplos: lawsonita) n[sio 3 ] 2- n = 3, 4, 6 Ciclosilicatos (Ejemplos: benitoita BaTi[Si 3 O 9 ], axinita Ca 3 Al 2 BO 3 [Si 4 O 12 ]OH, berilo Be 3 Al 2 [Si 6 O 18 ])

14 Estructuras Minerales [SiO 3 ] 2- Cadenas de tetraedros simples [Si 4 O 11 ] 4- Cadenas de tetraedros dobles Inosilicatos (Ejemplos: piroxenos, piroxenoides, anfíboles)

15 Estructuras Minerales [Si 2 O 5 ] 2- Capas de tetraedros Filosilicatos (micas, talco, minerales de la arcilla, serpentina)

16 Estructuras Minerales Cuarzo-alfa [SiO 2 ] Estructuras 3-D de tetraedros completamente polimerizados Tectosilicatos (Ejemplos: cuarzo, feldespatos, feldespatoides, zeolitas)

17 Estructuras Minerales Nesosilicatos: tetraedros de SiO 4 independientes

18 Nesosilicatos b c proyección Olivino (100) azul = M1 amarillo = M2

19 Nesosilicatos b c perspectiva Olivino (100) azul = M1 amarillo = M2

20 Nesosilicatos b a Olivino (001) azul = M1 amarillo = M2

21 Nesosilicatos b c M1 y M2 como poliedros Olivino (100) azul = M1 amarillo = M2

22 Nesosilicatos Olivino: Principalmante en rocas ígneas máficas y ultramáficas Fayalita en BIF s metamorfizados y algunos granitoides alcalinos Forsterita en mármoles dolomíticos impuros

23 Nesosilicatos Granate (001) azul = Si lila = A cyan = B Granates: A 2 3 B 3 2 [SiO 4 ] 3 Piralspitas - B = Al Piropo: Mg 3 Al 2 [SiO 4 ] 3 Almandino: Fe 3 Al 2 [SiO 4 ] 3 Espesartina: Mn 3 Al 2 [SiO 4 ] 3 Ugranditas - A = Ca Uvarovita: Ca 3 Cr 2 [SiO 4 ] 3 Grosularia: Ca 3 Al 2 [SiO 4 ] 3 Andradita: Ca 3 Fe 2 [SiO 4 ] 3 Dónde: Rocas metamórficas Rocas ígneas ricas en Al Peridotitas mantélicas

24 Nesosilicatos Granates: A 2 3 B 3 2 [SiO 4 ] 3 a 1 a 3 a 2 Piralspitas - B = Al Piropo: Mg 3 Al 2 [SiO 4 ] 3 Almandino: Fe 3 Al 2 [SiO 4 ] 3 Espesartina: Mn 3 Al 2 [SiO 4 ] 3 Ugranditas - A = Ca Uvarovita: Ca 3 Cr 2 [SiO 4 ] 3 Grosularia: Ca 3 Al 2 [SiO 4 ] 3 Andradita: Ca 3 Fe 2 [SiO 4 ] 3 Granate (001) azul = Si lila = A cyan = B Dónde: Rocas metamórficas Rocas ígneas ricas en Al Peridotitas mantélicas

25 Inosilicatos: Piroxenos b Diopsido: CaMg [Si 2 O 6 ] a sin dónde están las cadenas de Si-O-Si-O? Diopsido (001) azul = Si plila = M1 (Mg) amarillo = M2 (Ca)

26 Inosilicatos: Piroxenos b a sin Diopsido (001) azul = Si lila = M1 (Mg) amarillo = M2 (Ca)

30 Inosilicatos: Piroxenos Vista en perspectiva Diopsido (001) azul = Si lila = M1 (Mg) amarillo = M2 (Ca)

31 Inosilicatos: Piroxenos IV capa VI capa IV capa a sin VI capa IV capa VI capa b IV capa Diopsido (001) azul = Si lila = M1 (Mg) amarillo = M2 (Ca)

32 Inosilicatos: Piroxenos () () () La estructura de los piroxenos está compuesta por hileras tipo I alternantes () ()

33 Inosilicatos: Piroxenos () M2 () M1 c a La cadena tetraédrica por encima de M1 está desfasada respecto de la que está inmediatamente debajo Lo mismo sucede en las posiciones M2 () M2 Ello da lugar a una celda monoclínica en los clinopiroxenos

34 Inosilicatos: Piroxenos c (-) M1 () M2 () M1 (-) M2 a En los ortopiroxenos existe otro tipo de alternacia de hileras de modo que se produce una compensación parcial que da lugar a una celda de tipo ortorrómbica

35 Inosilicatos: Piroxenos Fórmula general de los piroxenos: Donde W 1-P (X,Y) 1P Z 2 O 6 W = Ca Na X = Mg Fe 2 Mn Ni Li Y = Al Fe 3 Cr Ti Z = Si Al Son minerales anhídros de modo que condiciones de alta temperatura o secas les favorecen en comparación con los anfíboles

36 Piroxenoides 17.4 A 5.2 A 7.1 A 12.5 A Piroxeno 2-tet repetición Wollastonita (Ca M1) 3-tet repetición Rodonita MnSiO 3 5-tet repetición Piroxmangita (Mn, Fe)SiO 3 7-tet repetición

37 Inosilicatos: Anfíboles b Tremolita: Ca 2 Mg 5 [Si 8 O 22 ] (OH) 2 a sin Tremolita (001) azul = Si lila = M1 rosa = M2 gris = M3 (todo Mg) amarillo = M4 (Ca)

38 Inosilicatos: Anfíboles b Hornblenda: (Ca, Na) 2-3 (Mg, Fe, Al) 5 [(Si,Al) 8 O 22 ] (OH) 2 a sin Hornblenda (001) azul oscuro = Si, Al lila = M1 rosa = M2 azul claro = M3 (todo Mg, Fe) bola amarilla = M4 (Ca) bola lila = A (Na) bola cyan = H

39 Inosilicatos: Anfíboles Hornblenda: (Ca, Na) 2-3 (Mg, Fe, Al) 5 [(Si,Al) 8 O 22 ] (OH) 2 Estructura en filas tipo I igual a la de los piroxenos, pero más gruesa (cadenas dobles) Hornblenda (001) azul oscuro = Si, Al lila = M1 rosa = M2 Azul claro = M3 (todo Mg, Fe)

40 Inosilicatos: Anfíboles a sin () () () () () b Hornblende: (Ca, Na) 2-3 (Mg, Fe, Al) 5 [(Si,Al) 8 O 22 ] (OH) 2 Estructura en filas tipo I igual a la de los piroxenos, pero más gruesa (cadenas dobles) Clinoamfíboles y ortoamfíboles Hornblenda (001) azul oscuro = Si, Al lila = M1 rosa = M2 azul claro = M3 (todo Mg, Fe) bola amarilla = M4 (Ca) bola lila = A (Na) bola cyan = H

41 Inosilicatos: Anfíboles Hornblenda: (Ca, Na) 2-3 (Mg, Fe, Al) 5 [(Si,Al) 8 O 22 ] (OH) 2 M1-M3 son huecos pequeños M4 es más grande (Ca) La posición A es muy grande Gran variedad de posiciones Muchas substituciones posibles Hornblenda (001) azul oscuro = Si, Al lila = M1 rosa = M2 azul claro = M3 (todo Mg, Fe) bola amarilla = M4 (Ca) bola lila = A (Na) bola cyan = H

42 Inosilicatos: Anfíboles Hornblenda: (Ca, Na) 2-3 (Mg, Fe, Al) 5 [(Si,Al) 8 O 22 ] (OH) 2 (OH) está en el centro de un anillo tetraédrico en el que O forma parte de un octaedro M1y M3 (OH) Hornblenda (001) azul oscuro = Si, Al lila = M1 rosa = M2 azul claro = M3 (todo Mg, Fe) bola amarilla = M4 (Ca) bola lila = A (Na) bola cyan = H

43 Inosilicatos: Anfíboles Fórmula general: W 0-1 X 2 Y 5 [Z 8 O 22 ] (OH, F, Cl) 2 W = Na K X = Ca Na Mg Fe 2 (Mn Li) Y = Mg Fe 2 Mn Al Fe 3 Ti Z = Si Al La gran variedad de posiciones cristalográficas da lugar a una gran variabilidad química y a un amplio rango de condiciones de estabilidad Dado que son minerales hidratados, su estabilidad térmica es limitada

44 Inosilicatos: Anfíboles Hornblenda: Tiene Al en la posición tetraédrica Anfíboles sódicos Glaucofana: Na 2 Mg 3 Al 2 [Si 8 O 22 ] (OH) 2 Riebeckita: Na 2 Fe 2 3 Fe 3 2 [Si 8 O 22 ] (OH) 2 Suelen presentar un color azul. Ello da pie a que las rocas que los contienen sean identificadas por esa característica: p. Ej. Esquitos azules Estas rocas son características de unas condiciones P/T reacionadas con zonas de subducción

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46 Inosilicatos: Anfíboles Piroxeno direcciones de exfoliación caras cristalinas Anfíbol

47 Filosilicatos Tetraedros de SiO 4 polimerizados en 2-D sheets: [Si 2 O 5 ] Los O apicales no están polimerizados y se enlazan a otros constituyentes

48 Capa Tetraédrica

49 Capa Tetraédrica

50 Capa Octaédrica

51 Filosilicatos Las capas tetraédricas se enlazan con las octaédricas Los OH se localizan en el centro de los anillos tetraédricos donde no hay O apicales

52 Filosilicatos Las capas octaédricas son análogas a los de los hidróxidos c Brucita: Mg(OH) 2 Capas de Mg octaédrico coordinados con (OH) Espaciados grandes según c debido a enlaces de van der Waals débiles

53 Filosilicatos a 2 a 1 Gibbsita: Al(OH) 3 : Capas de Al(VI) en coordinación con (OH). Al 3 implica que sólo 2/3 de las posiciones VI pueden estar ocupadas debido a restricciones de balance de carga. Las capas tipo brucita se denominan trioctaédricas y las tipo gibbsita dioctaédricas

54 Filosilicatos Amarillo = (OH) Caolinita: Al 2 [Si 2 O 5 ] (OH) 4 :Capas T y dioctaédricas (Al 3 )

55 Filosilicatos

56 Enlaces de van der Waals Filosilicatos

57 Filosilicatos Amarillo = (OH) Serpentina: Mg 3 [Si 2 O 5 ] (OH) 4 : Capas T y trioctaédricas (Mg 2 )

58 Filosilicatos: Serpentina capa de brucita capa tetraédrica La antigorita mantiene una forma laminar mediate la alternancia de segmentos con curvatura opuesta El crisotilo no lo hace y ello da pie a que tienda a enrollarse formando tubos Los octaédros son un poco más grandes que los tetraedros, lo cual provoca que la lámina T-O se doble

59 Filosilicatos: Serpentina S = serpentina T = talco Los tubos enrollados del crisotilo resuelven la aparente paradoja de los filosilicatos asbestiformes

60 Filosilicatos Amarillo = (OH) Pirofilita: Al 2 [Si 4 O 10 ] (OH) 2 : Capa T - dioctaédrica (Al 3 ) Capa T

61 Filosilicatos Amarillo = (OH) Talco: Mg 3 [Si 4 O 10 ] (OH) 2 : Capa T-trioctaédrica (Mg 2 ) Capa T

62 Filosilicatos Muscovita: K Al 2 [Si 3 AlO 10 ] (OH) 2 (K - Al IV ) : Capa T- dioctaédrica (Al 3 ) - Capa T - K

63 Filosilicatos

64 Filosilicatos Flogopita: K Mg 3 [Si 3 AlO 10 ] (OH) 2 : Capa T - trioctaédrica (Mg 2 ) Capa T - K

65 Filosilicatos: Resumen

66 Filosilicatos: Resumen

67 Filosilicatos Clorita: (Mg, Fe) 3 [(Si, Al) 4 O 10 ] (OH) 2 (Mg, Fe) 3 (OH) 6 T - O - T - (brucite) - T - O - T - (brucite) - T - O - T - Mineral muy hidratado (OH) 8 : estable a bajas temperaturas

68 Montmorillonita También denominadas esmectitas Se expande en contacto con el agua Si Al Si Enlaces de van der Waals débiles Si Al Si Si Al Si 0.96 nm

69 Montmorillonita

70 Montmorillonita Capa T-O-T Agua Capa T-O-T Arcilla seca Expansión debida a la entrada de agua

71 Illita Átomos de K enlazan las capas Si Al Si Si Al Si 0.96 nm Si Al Si Parecida a la moscovita. Solo 1 de cada 4 posiciones posibles son ocupadas por el K

72 Arcillas La substitución de Si 4 y Al 3 por iones de menor carga (e.g., Mg 2 ) determina la aparición de excesos de carga negativa Bordes con carga () Caras con carga (-) Partícula de arcilla con carga neta negativa

73 Interacción Agua-Arcilla

74 Interacción Agua-Arcilla Las superficies de los sólidos pueden tener carga eléctrica Esto es importante en las arcillas, quienes poseen un exceso de carga negativa Atracción Electrostática Los cationes tienden a ser adsorbidos más que los aniones Los iones divalentes se adsorben más que los monovalentes

75 Interacción Agua-Arcilla cationes partícula de arcilla capa doble agua libre

77 Interacción Agua-Arcilla A la superficie de la partícula se le adhiere una fina capa de agua adsorbida Está compuesta por 1-4 moléculas de agua (1 nm de espesor) Es más viscosa que el agua libre adsorbed water

79 Interacción Agua-Arcilla agua adsorbida nm 50 nm double layer water agua libre

80 Arcillas: Fábrica Floculada Dispersa o Defloculada

81 Intercambio iónico Intercambio Catiónico un catión reemplaza a otro catión

82 No Silicatos Halita Espinela Yeso Galena Pirita Calcita Hematites

83 Biopiroboles Los piroxenos, anfíboles y filosilicatos poseen características estructurales comunes pero Por qué sólo existen estructuras poliméricas de cadena simple, de cadena doble o laminares? Por qué no existen estructuras de cadena triple, cuadruple, etc.?

84 Biopiroboles Sí existen y reciben el nombre de biopiroboles (biotita piroxeno anfíbol) Portada de Science: antofilita (amarillo) reaccionando para formar chesterita (azul y verde) y jimthompsonita (rojo)

85 Biopiroboles antofilita jimthompsonita chesterita Imagen HRTEM de antofilita (cadenas dobles), Jimthompsonita (cadenas triples) y chesterita (alternancia de cadenas dobles y triples)

86 Pressure (GPa) Tectosilicatos Stishovite Coesite quartz - quartz Cristobalite Tridymite Liquid Temperature o C

87 Stishovite Tectosilicatos Coesite - quartz - quartz Cristobalite Tridymite Liquid Proyección 001 Cuarzo alfa

88 Stishovite Tectosilicatos Coesite - quartz - quartz Cristobalite Tridymite Liquid Proyección 001 Cuarzo beta (581 ºC)

89 Stishovite Tectosilicatos Coesite - quartz - quartz Cristobalite Tridymite Liquid Proyección 001 Estructura Cúbica Cristobalita

90 Stishovite Tectosilicatos Coesite - quartz - quartz Cristobalite Tridymite Liquid Alta presión Si VI Estishovita

91 Tectosilicatos Cuarzo alfa: Si IV Estishovita: Si VI

92 Óxidos He Hematites Magnetita Corindón

93 Sulfuros y Sulfatos Galena Pirita Yeso

94 Carbonatos Calcita Dolomita

95 Carbonatos oxígeno carbono Ión carbonato (CO 3-2 )

96 Carbonatos carbono oxígeno Ión carbonato (CO 3-2 ) Ión calcio Ión carbonato Calcita Estructura del Carbonato cálcico

97 Carbonatos