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Los minerales
Fernando Colombo
Mineralogía
Ciencia que estudia los minerales, sus propiedades físicas y químicas, y su origen.
Mineral
Sustancia inorgánica, de origen natural, con composición química definida y estructura cristalina regular.
Composición químicaHalita
NaClsodiocloro
Composición química
SiO2
Silicio
Oxígeno
Cuarzo
Estructura definida
Espinela
Mg
O Al
MgAl2
O4
Estructura definida
Azufre
Zinc
EsfaleritaZnS
Sustancias que no son mineralesMateriales de origen orgánico
Del reino animal
Marfil
Marfil fósil
Perlas
Nácar
Hueso
Coral
Del reino vegetal
Tagua (“marfil vegetal”)
Materiales de origen orgánico
Materiales artificiales
Óxido de zirconio(“cubic zirconia”)
Diamantes sintéticos
Materiales inorgánicos que carecen de estructura regulary composición química definida
Obsidiana (vidrio volcánico)
Materiales de origen orgánico modificado
Carbón
VariedadIndividuos de una determinada especie caracterizados por pequeñas variaciones en su composición química, morfología, etc.
EspecieTodos los individuos minerales con composición química y estructura idénticos.
RocaAgregado de minerales. Puede ser casi monominerálica, siempre que tenga una extensión mapeable.
Mármol
Nombres de los minerales
De diversos orígenes (derivados del lenguaje minero, ciudades, o palabras antiguas)
cuarzo
chorlo
diamante y muchas otras gemas
wulfenita
Propiedad física
rodonita(gr. “rosado”)
Composición química
vanadinita(vanadio)
Localidad
brasilianita (Brasil)
Personasmithsonita
(J. Smithson)
Por localidades:sanjuanitamendozitacatamarcaítapirquitasitahuemulita
Por personas:sanmartinitasarmientita
En Argentina
En Córdoba:benyacarita
Promover la mineralogía
http://www.ima-mineralogy.org/
Comisión Mineralógica Internacional(IMA)
39 sociedades nacionales
Comisión de Nuevos Minerales, Nomenclatura y Clasificación
(CNMNC)
¿Cuántos minerales existen? Poco más de 4250 especies
¿Por qué
son importantes los minerales?
Importancia práctica y académica
“Un mineral nuevo es importante porque nospermite tener una mejor comprensión de los
procesos geoquímicos que la que tendríamos sidesconociéramos su existencia”
Elementos
Materias primas para la construcción
Alimentación (sal y fertilizantes)
Sostienen la vida (suelos)
Energía
¿Por qué son importantes los minerales?
El 95% de un auto está
fabricado con productos extraídos de minerales
Ornamentación
También tienen importancia académica
La Tierra registra su historia en ellos
Cálculos de edad
zircón
biotita
granate
Cálculos de presión y temperatura
Minerales como indicadores en la exploración de yacimientos
Remediación ambiental
Mina de sulfuros
La tabla periódica de los elementos
Protones
Protones y neutrones
Protones, neutrones y electrones
Orbitales atómicos
LA COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS MINERALES
calcita Ca(CO3
)Siempre eléctricamente neutra!1 Ca2+:1 grupo (CO3
)-2
LA COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS MINERALES
calcita
Ca(CO3
)catión
anión
Fórmula química de un mineral
Minerales que contienen oxígeno
Por cuestiones históricas se presentan como porcentajeen peso de óxidos
CO2
43,97%CaO 56,03%
Calcita
Fórmula química de un mineral
Minerales que no
contienen oxígeno
Se presentan como porcentaje en peso de elementos
Fe 46,55%S 53,45%
Pirita
FeS2
Algunos minerales tienen una fórmula química prácticamenteconstante, coincidente con su fórmula teórica ideal.
Ejemplo: cuarzo
SiO2
Sin embargo, otros minerales pueden tener intercambios de uno o máselementos por otros. La mayoría de los minerales más abundantes presentan esta flexibilidad, lo que permite que estén presentes en un gran número de rocas.Serie de Bowen discontinua
Olivino↓
Piroxeno ↓
Anfíbol↓
Biotita ↓
Feldespato potásico↓
Muscovita ↓
Cuarzo
Serie de Bowen continua
Plagioclasa cálcica↓
Plagioclasa cálcica-sódica↓
Plagioclasa sódica-cálcica↓
Plagioclasa sódica
olivino
Resumen de puntos clave de la parte química
* Los minerales tienen una fórmula química definida.
* La fórmula química de algunos es muy constante, pero la de otrosvaría por sustituciones (siempre manteniendo la electroneutralidad).
* Toda la materia está
formada por átomos
* Los electrones de estos átomos se encuentran distribuidos en orbitales
* Cuando un elemento pasa a ser dominante, el nombre del mineralvaría.
LA ESTRUCTURA DE LOS MINERALES
Electronegatividad
Es la capacidad de un átomo en una estructura cristalina de atraer electrones a sus capas externas.
De manera amplia los elementos se pueden clasificar en:
• Metales: electronegatividad <1,9 → ceden electrones• No metales: electronegatividad >2,1 → toman electrones• Metaloides o semimetales: valores entre medio.
Tendencia en la electronegatividad
aumenta
baja
ENLACE IÓNICO
ENLACE IÓNICO
Carga positiva
Carga negativa
Es la principal fuerza cohesiva cuando las electronegatividades difieren por más de 2 unidades
ENLACE COVALENTE
ENLACE COVALENTE
Se da entre elementos con electronegatividades similares pero altas
VilliaumitaNaF
F –
Na = 4 –
0,9 = 3,1
DiamanteC
¿Cómo se ordenan los átomos en las estructuras?
¿Cómo se ordenan los átomos en las estructuras?
De la relación Rc/Ra se puede estimar el número de coordinación(cantidad de enlaces que se forman entre el ión central y losque lo rodean)
radio catión /radio anión
Número de coordinación
0,155-0,225 30,225-0,414 40,414-0,732 60,732-1 8>
1 12
¿Cómo se ordenan los átomos en las estructuras?
Esto es sólo orientativo!!!
Coordinación triangular(NC = 3)
Coordinación tetraédrica(NC = 4)
Coordinación octaédrica(NC = 6)
Coordinación cúbica (NC = 8)
Coordinación dodecaédrica (NC = 12)
CONSTRUYENDO UNA ESTRUCTURA
Biotita
K Mg3
AlSi3
O10
(OH)2
Relación de radiosSi/O = 0,286 NC = 4Al/O = 0,379 NC = 4Mg/O = 0,614 NC = 6K/O = 1,271 NC = 12
El tamaño de los átomos se suele expresar en Armstrongs (1 Å
= 10-10
m)
Celda unidad
Es la menor unidad divisible de un mineral que posee la simetría y propiedades de ese mineral. Consiste de un grupo de átomos con unageometría fija que al ser repetidos por traslación forman la estructura del mineral. Todas las celdas unidades de un mismo mineral son iguales entre sí.
octaedro rombododecaedro
cubo cubo distorsionado
Los sistemas cristalinos
Definidos por la forma de la celda unidad (longitud de los lados y los ángulos que forman entre sí) y por la simetríacon que los átomos se disponen dentro de ella.
Sistema cúbico o isométrico
Los tres lados iguales
Los tres ángulos iguales a 90º
Sistema tetragonal
Dos lados iguales horizontales.El lado vertical es más corto o más largo
Los tres ángulos iguales a 90º
Sistema rómbico
Los tres lados distintosLos tres ángulos de 90º
Los tres lados desiguales
Los lados a y c forman un ángulo diferente de 90º
Sistema monoclínico
Sistema triclínico
Los tres lados desiguales
Los tres ángulos distintos de 90º
Sistema hexagonal
Sistema hexagonal
Sistema hexagonal
Dos lados iguales dispuestos a 120º
Un lado perpendicular
Sistema trigonal
Tres lados iguales
Los tres ángulos iguales entre síy distintos de 90º
Algunos lo consideran un subsistema dentro del hexagonal
Los sistemas cristalinos (del más al menos simétrico)
Cúbico
Hexagonal
Tetragonal
(Trigonal)
Rómbico
Monoclínico
Triclínico
¿Qué
pasa si dos materiales tienen la misma composiciónpero diferente estructura?
Son minerales distintos
Esto se llama polimorfismo
El caso del carbono: diamante y grafito
Resumen de puntos clave
* Los tipos de enlaces entre átomos pueden ser iónico, covalenteo metálico.
* Se pueden definir poliedros de coordinación en la estructura.
* La relación de tamaños entre el catión y los aniones que lo coordinan permite estimar la geometría del poliedro de coordinación (no infalible!)
•La estructura de los minerales se puede dividir en pequeños bloques llamados celdas unidades.
* Según las dimensiones de los lados de la celda, los ángulos que formen entre ellos y la simetría de la distribución de los átomos dentro de la celda se pueden definir los sistemas cristalinos
Resumen de puntos clave (cont.)
* Dos o más minerales pueden tener la misma fórmula químicapero diferente estructura, y se los llama polimorfos.
CLASIFICACIÓN DE LOS MINERALES
CLASES según Hugo Strunz (muy similares a las de J. Dana)
La clasificación se basa en que los minerales con el mismo no metal (anión o grupo aniónico) tienen propiedades
químicas similares, y se parecen entre sí
mucho más que aquellosque tienen en común el metal.
1) Elementos y sus aleaciones
OroAu
Plata Ag
CobreCu
AzufreS
DiamanteC
GrafitoC
2) Sulfuros y sulfosales: combinaciones con azufre, sin oxígeno.Se incluyen aquí
los arseniuros (As), telururos (Te), seleniuros (Se)
y antimoniuros (Sb), más raros.
GalenaPbS
CalcopiritaCuFeS2
PiritaFeS2
3) Haluros: combinaciones con F, Cl, Br o I.
HalitaNaCl
FluoritaCaF2
4) Óxidos e hidróxidos: combinaciones con el ión óxido (O-2) y/o hidróxido (OH)-
IlmenitaFeTiO3 Hematita
Fe2
O3
Goethita FeO(OH)
5) Carbonatos y nitratos: combinaciones con el ión carbonato (CO3)-2
o nitrato (NO3
)-2
DolomitaCaMg(CO3
)AragonitoCa(CO3
)
6) Boratos: combinaciones con el ión borato (Bx
Oy
)
ColemanitaCa2
B6
O11
·5H2
O
UlexitaNaCaB2
O6
(OH)6
·5H2
O
7) Sulfatos, cromatos, molibdatos y tungstatos (=wolframatos): Combinaciones con el ión (SO4
)-2, (CrO4
)-2, (MoO4
)-2
o (WO4
)-2.
YesoCa(SO4
)·2H2
O
CrocoítaPb(CrO4
)
BaritinaBa(SO4
)
ScheelitaCa(WO4
)WulfenitaPb(MoO4
)
Clase 7 (cont.)
8) Fosfatos, arseniatos y vanadatos: combinaciones con el ión(PO4
)-3, (AsO4
)-3
o (VO4
)-3.
ApatitoCa5
(PO4
)(F,Cl,OH) VanadinitaPb5
(VO4
)Cl
AdaminaZn2
(AsO4
)(OH)
9) Silicatos: combinaciones con el ión (SiO4
)-4
o sus combinaciones polimerizadas
AndraditaCa3
Fe2
(SiO4
)3
MicroclinoKAlSi3
O8
10) Sales de ácidos orgánicos: combinaciones con los iones oxalato (C2
O4
)-2
, C, N, etc.
WhewellitaCa(C2
O4
)·H2O
PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS MINERALES
Variedades de berilo
aguamarina
bixbita
esmeralda
heliodoro
morganitaColor
Son todas turmalinas!!
Distribución del color
Homogénea
En parches
Zonación concéntrica
Zonación longitudinal
Causas del color
* Elementos de transición (“cromóforos”): Ti, Fe, Mn, Co, Cr, V, Cu, Ni; algunos otros elementos tambiénpueden causar color (U, elementos de las tierras raras)
* Defectos estructurales
* Otras causas más complejas
Elementos de transición
Siempre presentes en el mineralOcasionalmente presentes
en el mineral
Cromóforo
Color
Ejemplo de mineralHierro
azul
berilo, elbaíta
amarillo
berilo, crisoberiloverde
berilo, olivino
Vanadio
verde
berilo (esmeralda)Manganeso
violeta
apatito
rojo
rodocrositaCobalto
rosado
calcita
azul
espinelaCromo
rojo espinelaverde berilo (esmeralda)
Cobre
azul
azurita, turquesaverde
malaquita
Un mismo elemento, dos colores?
Berilo, variedad esmeralda Espinela
Estructura sin defectos Defecto Schottky
Defecto intersticialDefecto Frenkel
Muy frecuente la asociación de metal + defecto estructural
AmatistaDefecto + Fe
Cuarzo ahumadoDefecto + Al
ElbaítaDefecto + Mn
BrilloBrillo PPropiedad a partir de los procesos de dispersión y reflexión de
la luz, la cual le da un aspecto dado a la superficie del mineral
Tipos de brillo
Metálico No metálico
Varios tipos diferentes
Tipos de brillo no metálico
Adamantino: muy intenso (diamante)
Vítreo: intensidad media, como el del vidrio (berilo)
Graso: como el de una superficie engrasada (fractura en cuarzo)
Sedoso: dado por agregados fibrosos (yeso)
MateMate: sin brillo, como una tiza (turquesa)
PerladoPerlado: como una perla (talco, algunos carbonatos)
Clivaje o exfoliación
Capacidad de los minerales de partirse según planos cristalográficos, dando superficies más o menos planas
Mica
Clivaje o exfoliación
Muy perfecta: micas
Perfecta: topacio
Mediana: feldespatos
Imperfecta: berilo
Sin exfoliación: ópalo
Fractura
Superficies irregulares que se forman a consecuencia de un golpe.
concoidal astillosa
irregular
Raya
Es el color del polvo del mineral. Puede o no coincidir con el color del mineral sin pulverizar.
Dureza
Resistencia que opone un mineral a ser rayado
por un material de ensayo afilado
Escala de Mohs
1 -
Talco
2 -
Yeso
3 -
Calcita
4 -
Fluorita
5 -
Apatita
6 -
Feldespato
7 -
Cuarzo
8 -
Topacio
9 -
Corindón
10 -
Diamante
uña
navaja
vidrio
Densidad
D = masa / volumen
Ligero: <
2 Normal: 2-4 Pesado >
4
Ópalo (~ 1,98 g/cm3)Espinela (~ 3,60 g/cm3)
Zircón (~ 4,70 g/cm3)
Fluorescencia
Scheelita
Calcita
Willemita (verde)Calcita (roja)
Franklin, New Jersey, EUA.
Propiedades ópticas
Se necesitan instrumentos especiales para observarlas(el microscopio petrográfico es el más empleado)
Basadas en la interacción de la luz (polarizada) con el mineral
Algunas de ellas son:
* Color (generalmente distinto del visible macroscópicamente)
* Cambio del color con la orientación
* Índices de refracción y varias otras
Biotita
Cloritoide
El microscopio petrográfico permite además la observaciónde algunos rasgos físicos que pueden o no ser apreciables
macroscópicamente, pero que se ven muy claramente en preparadosespeciales llamados cortes delgados (o secciones delgadas) .
allanita
Zircón
¿Qué
es y cómo se hace un corte delgado?
Espesor: 0,030 mm
Algunos de los rasgos que se ven muy claramente con el microscopio petrográfico:
¿Piroxeno o anfíbol?90º
: piroxeno
124º
: anfíbol
90º
: piroxeno
124º
: anfíbol
Resumen de puntos claves
Los minerales pueden identificarse por:
* Su composición química
* Su estructura
* Sus propiedades físicas
Macroscópicas(color, brillo, dureza, densidad, clivaje, fractura, etc.)
Ópticas (al microscopio petrográfico)
Recursos en Internet
http://www.handbookofmineralogy.org/search.html?p=all
Información resumida de casi todas las especies conocidas:
http://webmineral.com/
Información variada (incluyendo links a otros sitios mineralógicos)
Sitios educativos:
http://webmineral.com/specimens.shtml
Fotos de minerales (incluyendo muchos raros)
http://www.minerant.org/educational.html
http://www.uned.es/cristamine/inicio.htm
Curso de mineralogía en español)