14/09/2013

1.

Tema 01

Introducción

Materia y Minerales

MATERIA

1.

Introducción (Materia, estados de la materia, materiales de construcción)

2.

Elementos químicos: El átomo

3.

4.

Cualquier sustancia que ocupe espacio y tenga masa

Enlaces químicos 9

Fuertes (covalente, iónico, metálico)

9

Débiles (Fuerzas de Van der Waals)

Minerales 9

Estructura cristalina (vs otras microestructuras)

9

Composición química

9

Propiedades Físicas (densidad, brillo, dureza, color, forma cristalina, exfoliación, color)

9

Clasificación mineralógica (Clasificación de Strunz, 1970) Clase I

Elementos nativos

Clase II Sulfuros

9

Clase V

Carbonatos

Clase VI Sulfatos

Clase III Óxidos

Clase VII Fosfatos

Clase IV Halogenuros

Clase VIII Silicatos

Comportamiento de los minerales (Durabilidad, Propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas) Basílica de San Vicente (Avila)

1.

Tema 01

Introducción

1.

Tema 01

Introducción

MATERIA

MATERIA

Cualquier sustancia que ocupe espacio y tenga masa

Cualquier sustancia que ocupe espacio y tenga masa

ESTADOS DE LA MATERIA: Sólido

Líquido

ESTADOS DE LA MATERIA: Gaseoso

Plasma

Sólido

Líquido

Gaseoso

Plasma

MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN naturales y elaborados, orgánicos e inorgánicos inorgánicos Materiales naturales empleados con un fin constructivo

MATERIALES GEOLÓGICOS

Fuente: Wikipedia

1

14/09/2013

1.

Tema 01

Introducción

Parte mayoritaria del volumen total de materiales de construcción

1.

Tema 01

Introducción

Sustrato sobre el que se realizan las cimentaciones

2. Elementos químicos: el átomo

Materia y Minerales

ELEMENTOS QUÍMICOS

1.

Introducción (Materia, estados de la materia, materiales de construcción)

2.

Elementos químicos: El átomo

3.

4.

Enlaces químicos 9

Fuertes (covalente, iónico, metálico)

9

Débiles (Fuerzas de Van der Waals)

Existe más de un centenar de elementos químicos naturales …

9

Estructura cristalina (vs otras microestructuras)

9

Composición química

9

Propiedades Físicas (densidad, brillo, dureza, color, forma cristalina, exfoliación, color)

9

Clasificación mineralógica (Clasificación de Strunz, 1970) Elementos nativos

Clase II Sulfuros

9

Sustancias puras que hacen referencia una clase de átomos que tienen el mismo número de protones en el núcleo, es decir, que tienen el mismo número atómico Tienen un nombre y un símbolo: Ej. Calcio (Ca); Oxígeno (O)

Minerales

Clase I

Tema 01

Clase V

Carbonatos

Clase VI Sulfatos

Clase III Óxidos

Clase VII Fosfatos

Clase IV Halogenuros

Clase VIII Silicatos

Comportamiento de los minerales (Durabilidad, Propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas)

2

14/09/2013

2. Elementos químicos: el átomo

Tema 01

Tema 01

2. Elementos químicos: el átomo

Tabla periódica de los elementos químicos

ÁTOMO la unidad más pequeña e indivisible de la materia, que mantiene las propiedades de un elemento químico inalterables. MOLÉCULA cantidad mínima de una sustancia resultado de la agrupación de varios átomos enlazados, definiendo una configuración estable de la materia y unas propiedades químicas características El agua (H2O) está compuesta por 2 elementos químicos: (O) (H) Una molécula de agua esta compuesta por 3 átomos: 2 H y 1 O Una gota de agua está compuesta por multitud de moléculas

El cuarzo (SiO2) está compuesto por 2 elementos químicos: (O) (Si) Una molécula de cuarzo esta compuesta por 3 átomos: 1 Si y 2 O Una cristal de cuarzo está compuesto por multitud de moléculas

2. Elementos químicos: el átomo

Tema 01

Tema 01

2. Elementos químicos: el átomo

ESTRUCTURA DEL ÁTOMO Núcleo: - Protones: (+) - Neutrones: sin carga Capas externas (orbitales): - Electrones (e- ) (-)

© 2006 Brooks/Cole - Thompson

Los electrones determinan el modo en el que los átomos se relacionan entre sí. El nº de electrones está condicionado por el nº de protones en el núcleo; los protones (+) atraen a los electrones (-) y los mantienen orbitando en las capas externas del átomo. Número atómico: número de protones en el núcleo (… y también de e-). © 2006 Brooks/Cole - Thompson

3

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2. Elementos químicos: el átomo

Tema 01

Tema 01

2. Elementos químicos: el átomo

Número atómico: determina la identidad del átomo y del elemento químico

© 2006 Brooks/Cole - Thompson

Núcleo es muy pequeño respecto al volumen total del átomo Masa atómica: es la suma de los protones y neutrones del núcleo (e- tienen una masa insignificante)

2. Elementos químicos: el átomo

Tema 01

Isótopos químicos Átomos de un mismo elemento químico que presenta diferente masa atómica (variación del nº de neutrones en el núcleo)

Ej.: Carbono (C) Número atómico = 6; 6 protones y 6 electrones Sus átomos pueden tener 6, 7 y 8 neutrones

2. Elementos químicos: el átomo

Tema 01

Los isótopos de cualquier elemento mantienen su comportamiento químico (mismo número atómico), pudiendo combinarse de igual modo con otros elementos para formar moléculas y compuestos estables.

Ej.: Diamante; compuesto íntegramente por C contiene en proporciones variables sus tres isótopos (12C, 13C y 14C)

Masa atómica 12 (6 p + 6 n), 13 (6 p + 7 n) y 14 (6 p + 8 n)

4

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Tema 01

3. Enlaces químicos

Materia y Minerales

ENLACE QUÍMICO

1.

Introducción (Materia, estados de la materia, materiales de construcción)

2.

Elementos químicos: El átomo

3.

4.

Fuerzas electromagnéticas que mantienen unidos los átomos de modo que las moléculas resultantes obtienen configuraciones estables de mínima energía

Enlaces químicos 9

Fuertes (covalente, iónico, metálico)

9

Débiles (Fuerzas de Van der Waals)

Minerales 9

Estructura cristalina (vs otras microestructuras)

9

Composición química

9

Propiedades Físicas (densidad, brillo, dureza, color, forma cristalina, exfoliación, color)

9

Clasificación mineralógica (Clasificación de Strunz, 1970) Clase I

Elementos nativos

Clase II Sulfuros

9

Clase V

Carbonatos

Clase VI Sulfatos

Clase III Óxidos

Clase VII Fosfatos

Clase IV Halogenuros

Clase VIII Silicatos

Comportamiento de los minerales (Durabilidad, Propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas)

3. Enlaces químicos

Tema 01

Resultan de las interacciones entre los e- que hay en las capas externas de los átomos, pudiendo dar lugar a la unión de átomos del mismo o de diferentes elementos químicos

Tema 01

3. Enlaces químicos

e-

La mayoría de átomos tienen menos de 8 en su capa más externa y por tanto, son eléctricamente inestables. Deben combinarse con otros átomos para completar su capa externa y con ello llegar a alcanzar una configuración estable eléctricamente.

e-

Ej. El Na cede el e- de su capa más externa al Cl que completa así su capa más externa con 8 e-. Resultado: compuesto estable Halita (NaCl)

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3. Enlaces químicos

Tema 01

Tabla periódica de los elementos químicos

Tema 01

3. Enlaces químicos

Tipos de enlace químico: • Enlaces Atómicos (Fuertes); son los que se dan entre átomos debido a las interacciones entre e- de las capas externas incompletas. Son : Iónico, covalente y metálico. • Enlaces Moleculares (Débiles); o Fuerzas de Van der Waals, se dan entre moléculas y determinados átomos. Los Puentes de Hidrógeno y enlaces Dipolares se consideran como un tipo especial de Fuerzas de Van der Waals.

Las fuerzas con que interactúan estos enlaces Átomicos (fuertes)

Fuerza (kJ/mol)

3. Enlaces químicos

Tema 01

Moleculares (débiles)

Covalente

Iónico

Metálico

F. V. Waals

Puentes H

Dipolar

150-900

650-4000

70-850

2-9

15-50

6-13

3. Enlaces químicos

Tema 01

Enlace iónico:

Enlace covalente:

Cuando un elemento (metálico) cede de 1 a 3 e- a otros elementos (no metálicos). Se formán iones positivos (cationes) e iones negativos (aniones) que se atraen fuertemente por su diferente signo electrostático.

Se da entre átomos que comparten de 1 a 3 e- de su capa más externa, de modo que estas se superponen para producir una configuración estable de gas noble (8 e- en la capa más externa)

Es el más sencillo y frecuente, formándose entre elementos de signo eléctrico diferente y semejante tamaño iónico. En los compuestos iónicos los iones se disponen en una estructura tridimensional que da lugar a una neutralidad eléctrica total.

• Como no hay pérdida ni ganancia de e-, no hay aniones ni cationes s.s. • El átomo que comparte varios e- lo hace con varios átomos a la vez. • Es un enlace direccional debido a la existencia de regiones dentro de la capa más externa con mayor concentración de e- (pares de e-).

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Tema 01

3. Enlaces químicos

Enlace metálico:

Tema 01

3. Enlaces químicos

Enlace de Van der Waals: e-

Se forma cuando los átomos se desprenden de los de su capa más externa (electrones de valencia) generando una nube electrónica común y cationes (no se generan aniones). Los cationes quedan cohesionados y fijados en una malla cristalina por los ede la nube.

Son enlaces débiles y secundarios que se producen entre moléculas dipolares y átomos de gases nobles. Las moléculas covalentes muestran una dismetría en cuanto a la distribución de sus cargas eléctricas, dipolos permanentes (efecto imán).

• Es característico entre elementos metálicos y sus aleaciones. • La alta movilidad de los e- en la nube (no están fijados a ningún átomo) determinan algunas propiedades importantes, tales como: brillo metálico, ductibilidad y conductividad térmica y eléctrica.

3. Enlaces químicos

Cuando las moléculas polares se encuentran a una cierta proximidad*, surge entre ellas una fuerza de atracción que las mantiene unidas

Tema 01

Materia y Minerales 1.

Introducción (Materia, estados de la materia, materiales de construcción)

2.

Elementos químicos: El átomo

3.

4.

Enlaces químicos 9

Fuertes (covalente, iónico, metálico)

9

Débiles (Fuerzas de Van der Waals)

Minerales 9

Estructura cristalina (vs otras microestructuras)

9

Composición química

9

Propiedades Físicas (densidad, brillo, dureza, color, forma cristalina, exfoliación, color)

9

Clasificación mineralógica (Clasificación de Strunz, 1970) Clase I

Elementos nativos

Clase II Sulfuros

9

Clase V

Carbonatos

Clase VI Sulfatos

Clase III Óxidos

Clase VII Fosfatos

Clase IV Halogenuros

Clase VIII Silicatos

Comportamiento de los minerales (Durabilidad, Propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas)

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Tema 01

4. Minerales.

MINERAL

4. Minerales. Estructura cristalina

Tema 01

Estructura cristalina

Compuesto químico inorgánico, generalmente en estado sólido, de origen natural y cristalino, cuya composición química, estructura cristalina y propiedades físicas son fijas o varían entre límites concretos y estrechos

Hace referencia a la disposición tridimensional y regular de los átomos. En condiciones favorables (tiempo y espacio), los minerales pueden crecer en las tres direcciones del espacio desarrollando cristales con sus caras cristalinas, vértices y aristas.

Pirita (FeS2) , Navajún (So) España

Los minerales son los constituyentes básicos de las rocas. Están compuestos por dos o más elementos enlazados químicamente. Precisiones a los conceptos inorgánico y natural

4. Minerales. Estructura cristalina

Tema 01

La forma cristalina de un mineral es la manifestación externa de una estructura interna igualmente cristalina

4. Minerales. Estructura cristalina

Tema 01

Estructura no cristalina (Amorfa)

Red cristalina de un mineral

Son las que presentan aquéllas sustancias cuyas moléculas internas se disponen aleatoriamente con sus átomos orientados en cualquier dirección, sin seguir ninguna pauta de ordenamiento.

Es la repetición periódica en las tres direcciones del espacio de una celda unitaria (sistema cristalino) que queda definido por las magnitudes de sus vectores fundamentales (a, b, c) y por las relaciones angulares (α,β,γ) entre estos vectores. Surgen así 7 sistemas cristalinos

Las sustancias amorfas están relacionadas con una velocidad de enfriamiento rápida. Pueden presentar dos tipos de estructuras: Estructura vítrea: Sustancias inorgánicas con una composición química simple Ej. (SiO2)

Estructura polimérica: Sustancias orgánicas con una complejidad molecular muy elevada. Ej. Lignina de la madera, PVC, poliestireno.

Sistema cristalino romboédrico

En los vértices del sistema se disponen los átomos de la molécula

8

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4. Minerales. Estructura cristalina

Tema 01

Tema 01

4. Minerales. Estructura cristalina

No todos los minerales presentan formas cristalinas bien desarrolladas

Redes de Bravais Constituyen los 14 tipos básicos de redes cristalinas en la naturaleza Los parámetros de la red cristalina (a,b,c, α,β,γ) dependen de la masa, tamaño y capacidad para formar enlaces de los átomos del mineral

Depende del tiempo de cristalización y especialmente, del espacio disponible Minerales masivos Cuando crecen muchos cristales en poco espacio, definiendo un mosaico entrelazado de cristales, de manera que los cristales no se aprecian

4. Minerales. Estructura cristalina

EXFOLIACIÓN (cleavage) Propiedad física de los minerales de romperse según determinadas superficies planas regularmente espaciadas y con una orientación fija Los planos de rotura son planos de debilidad en la estructura cristalina del mineral, estando relacionados con enlaces más débiles entre sus átomos. La Exfoliación tiende a reproducir la forma cristalina del mineral.

Tema 01

Materia y Minerales 1.

Introducción (Materia, estados de la materia, materiales de construcción)

2.

Elementos químicos: El átomo

3.

4.

Enlaces químicos 9

Fuertes (covalente, iónico, metálico)

9

Débiles (Fuerzas de Van der Waals)

Minerales 9

Estructura cristalina (vs otras microestructuras)

9

Composición química

9

Propiedades Físicas (densidad, brillo, dureza, color, forma cristalina, exfoliación, color)

9

Clasificación mineralógica (Clasificación de Strunz, 1970) Clase I

Elementos nativos

Clase II Sulfuros

9

Clase V

Carbonatos

Clase VI Sulfatos

Clase III Óxidos

Clase VII Fosfatos

Clase IV Halogenuros

Clase VIII Silicatos

Comportamiento de los minerales (Durabilidad, Propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas)

9

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Tema 01

4. Minerales. Composición química

Materia y Minerales

COMPOSICIÓN QUÍMICA Se muestra mediante una fórmula que relaciona el número de átomos de los elementos que constituyen la molécula elemental, repitiéndose según una red cristalina en las tres direcciones del espacio

1.

Introducción (Materia, estados de la materia, materiales de construcción)

2.

Elementos químicos: El átomo

3.

Ej. Anhidrita: Fórmula (CaSO4)

4.

Enlaces químicos 9

Fuertes (covalente, iónico, metálico)

9

Débiles (Fuerzas de Van der Waals)

Minerales

Tres elementos químicos (Ca, S, O)

9

Estructura cristalina (vs otras microestructuras)

9

Composición química

Relación atómica es 1:1:4

9

Propiedades Físicas (densidad, brillo, dureza, color, forma cristalina, exfoliación, color)

9

Clasificación mineralógica (Clasificación de Strunz, 1970)

Consideraciones Elementos nativos: Ag, Au, Pt, C

Clase I

Elementos nativos

Grupos minerales: Grupo del Olivino (Mg,Fe)2SiO4

Clase III Óxidos

Clase VII Fosfatos

Cationes intercambiables son de tamaño iónico semejante

Clase IV Halogenuros

Clase VIII Silicatos

Clase II Sulfuros

9

Clase V

Carbonatos

Clase VI Sulfatos

Comportamiento de los minerales (Durabilidad, Propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas)

Tema 01

4. Minerales. Propiedades físicas

PROPIEDADES FÍSICAS

Materia y Minerales

Son aquellas propiedades características de los minerales, estando controladas por la composición química y la estructura cristalina.

1.

Introducción (Materia, estados de la materia, materiales de construcción)

2.

Elementos químicos: El átomo

Su reconocimiento nos permiten clasificar los minerales

3.

• Densidad

Elevada

• Color

Verde oliva

• Brillo

Metálico

• Dureza

Media

• Forma cristalina

Cúbica, otras

• Exfoliación

cúbica

4.

Enlaces químicos 9

Fuertes (covalente, iónico, metálico)

9

Débiles (Fuerzas de Van der Waals)

Minerales 9

Estructura cristalina (vs otras microestructuras)

9

Composición química

9

Propiedades Físicas (densidad, brillo, dureza, color, forma cristalina, exfoliación, color)

9

Clasificación mineralógica (Clasificación de Strunz, 1970) Clase I

Elementos nativos

Clase II Sulfuros

Pirita (FeS2)

9

Clase V

Carbonatos

Clase VI Sulfatos

Clase III Óxidos

Clase VII Fosfatos

Clase IV Halogenuros

Clase VIII Silicatos

Comportamiento de los minerales (Durabilidad, Propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas)

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Tema 01

4. Minerales. Clasificación

Las clasificaciones mineralógicas utilizan las propiedades físicas y la composición química como parámetros de identificación y clasificación, respectivamente. CLASIFICACIÓN CRISTOLOQUÍMICA DE STRUNZ (1970) Es la más seguida actualmente. Establece 8 clases de minerales en función de su composición química y estructura cristalina. Clase I: Elementos nativos

Clase V: Carbonatos

Clase II: Sulfuros

Clase VI: Sulfatos

Clase III: Óxidos

Clase VII: Fosfatos

Clase IV: Halogenuros

Clase VIII: Silicatos

4. Minerales. Clasificación

Tema 01

CLASE I: Elementos nativos Son aquellos que aparecen de forma estable en la naturaleza sin necesidad de asociarse con otros elementos. Exceptuando los gases nobles, solo unos 20 elementos se encuentran en estado no combinado, la mayoría son escasos y aparecen asociados a otros minerales. Únicamente Au, Ag, Cu, Pt, C y S se encuentran en abundancia suficiente como para dar yacimientos explotables. Se reconocen tres subclases: a) Metales;

b) Semimetales;

c) No metales

Los minerales muestran mayores semejanzas entre los que comparten el mismo radical aniónico, que entre los que comparten los mismos cationes. La clasificación de Strunz es más acorde con la nomenclatura y clasificación de compuestos orgánicos seguida actualmente en Química

4. Minerales. Clasificación

Tema 01

4. Minerales. Clasificación

Tema 01

CLASE I: Elementos nativos

CLASE I: Elementos nativos

Metales: Presentan estructuras cúbicas formadas por átomos idénticos y con enlaces metálicos débiles. Ej. Oro (Au); Plata (Ag); Cobre (Cu)

Semimetales: Son minerales con enlaces covalentes, poco frecuentes y con aspecto metálico y quebradizo. Ej. Arsénico (As), Bismuto (Bi)

ORO (Au)

PLATA (Ag)

En general, son blandos, maleables y dúctiles; buenos conductores del calor y la electricidad. Tienen elevada densidad y puntos de fusión bajos. Presentan brillo metálico y fractura astillosa, y tienen baja durabilidad debido a que se oxidan con facilidad.

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4. Minerales. Clasificación

Tema 01

Tema 01

4. Minerales. Clasificación

(S-2)

CLASE I: Elementos nativos

CLASE II: Sulfuros

No Metales: Minerales con enlaces covalentes puros o combinados con enlace residual (débil). Son relativamente abundantes, presentan un gran interés económico y sus propiedades físicas difieren mucho de las de los metales: malos conductores del calor y la electricidad, se rompen fácilmente Ej. Diamante (C); Grafito (C); Azufre (S)

Cuando el azufre incorpora dos e- en su último orbital, se comporta como un anión divalente (S-2) de gran tamaño, dando lugar a los sulfuros. Cuando cede los 6 e- de su última órbita se comporta como un anión pequeño que se combina con 4 oxígenos, dando lugar a los sulfatos (SO4)-2 Resultan de la unión del anión (S-2) con cationes metálicos mono- o divalentes (uno o dos e- de valencia)

Grafito y Diamante constituyen un caso de polimorfismo, es decir dos minerales con la misma composición química (C) y diferente estructura cristalina interna.

4. Minerales. Clasificación

CLASE II: Sulfuros

Tema 01

(S-2)

Se incluye los Arseniuros (As-3) y Antimoniuros (Sb-3), y las sulfosales. Suelen aparecer asociados a presencia de a la materia orgánica, así como a la actividad volcánica

Pirita (FeS2)

Galena (PbS)

Tema 01

4. Minerales. Clasificación

CLASE III: Óxidos

(O-2)

e Hidróxidos

(OH-)

Resultan de la unión del radical (O-2) o de grupos (OH-) con cationes metálicos. Presentan enlaces iónicos que dan lugar a tetraedros u octaedros de O en cuyo centro se dispone un catión metálico.

• Constituyen una auténtica mena de metales: Mg, Pb, Fe, Hg, Zn, Cu, Mo, Co, Sb, As, Bi. • Su explotación se realiza desde la antigüedad, siendo fáciles de extraer y de concentrar (densidad)

Goethita (FeO(OH))

Hematites (Fe2O3)

• Los más característicos son: Hematites/Oligisto (Fe2O3); Pirolusita (MnO2); Magnetita (Fe3O4); Goethita (FeO(OH)). • Son opacos, densos, con brillo vítreo, colores variados y con buena conductividad térmica y eléctrica.

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Tema 01

4. Minerales. Clasificación

CLASE IV: Halogenuros

(F-,

Cl-, I-,

Br-)

Tema 01

4. Minerales. Clasificación

CLASE V: Carbonatos (CO3

)-2,

Nitratos (NO3

)-2)

Resultan de la unión de los aniones F-, Cl-, I-, Br- con cationes mono- y divalentes del grupo Na+, K+, Ca2+ ó Mg2+ mediante enlaces iónicos.

Resultan de la unión de los radicales (CO3)-2 ó (NO3)-2 con cationes mono. Diva- y trivalentes.

Definen estructuras cúbicas: Halita (NaCl), Fluorita (CaF2), Silvina (KCl).

El C y O del radical (CO3)-2 están fuertemente unidos por enlaces covalentes Dolomita (Ca, Mg(CO3)

Aragonito (CaCO3)

Calcita (CaCO3)

• Algunos minerales de este grupo (calcita, Dolomita) forman extensas masas de rocas sedimentarias y metamórficas. Fluorita (CaF2)

Halita (NaCl)

• Baja dureza, escasa conductividad térmica y eléctrica en estado sólido. • Punto de fusión moderado, incoloros o débilmente coloreados, brillo vítreo

Tema 01

4. Minerales. Clasificación

CLASE V: Carbonatos (CO3

)-2,

Nitratos (NO3

)-2)

• Calcita y aragonito son ejemplos de Polimorfismo. •Dureza media, brillo vítreo, blancos o ligeramente teñidos, excepto los carbonatos hidratados …

CLASE VI: Sulfatos (SO4

Malaquita (Cu2(OH)2CO3) Azurita (Cu3(OH)2(CO3)2)

Tema 01

4. Minerales. Clasificación

)-2

Dolomita (Ca, Mg(CO3)

Cuando el S cede los 6 e- de su orbital externo se comporta como un anión pequeño que se combina mediante enlaces covalentes con 4 O, que se disponen en los vértices de un tetraedro y el S en el centro. Los tetraedros (SO4)-2 se unen entre sí mediante grandes cationes divalentes

Yeso Ca(SO4)+2(H2O)

Yeso Ca(SO4)+2(H2O)

Anhidrita Ca(SO4)

• En esta clase se incluye Cromatos, Wolframatos y Molibdatos • Ej. Yeso (Ca(SO4)+2(H2O)); Anhidrita (Ca(SO4)); Baritina (Ba(SO4)) • Dureza baja, brillo vítreo, tonos claros, densidad baja (excepto Baritina)

13

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Tema 01

4. Minerales. Clasificación

CLASE VII: Fosfatos (PO4

)-3,

Arseniatos (AsO4

)-3

y Vanadatos (VO4

)-3

Tema 01

4. Minerales. Clasificación

CLASE VIII: Silicatos (SiO4

)-4

Los tres radicales se disponen en tetraedros con la misma configuración y tipo de enlace, mostrando por ello una gran semejanza estructural.

Resultan de la unión de radicales (SiO4)-4 con cationes mono- diva- o trivalentes

Los radicales se unen con iones mono- (Li, K, Cl, F, (OH-), diva- (Ca, Pb, Co, Fe Mg y Cu) o trivalentes (Al, Fe), que se sustituyen entre ellos dando lugar a composiciones químicas y estructuras muy complejas.

El componente fundamental es el tetraedro de Si-O, en el ambos elementos se unen mediante enlaces covalentes fuertes, disponiéndose los O en los vértices del tetraedro y el Si en el centro.

Apatito (Ca5(PO4)3 (F, Cl)) Fuente: Wikipedia

Turquesa (Cu, Al6 ((OH)2 (PO)4)4)+4(H2O) Fuente: Wikipedia

• Son minerales escasos en la corteza terrestre

Tema 01

4. Minerales. Clasificación

CLASE VIII: Silicatos (SiO4

)-4

• Los tetraedros Si-O se unen mediante cationes o compartiendo O, lo que permite diferenciar 6 subclases:

Tema 01

4. Minerales. Clasificación

CLASE VIII: Silicatos (SiO4

)-4

Nesosilicatos

Nesosilicatos

Grupo del Olivino: Serie isomórfica entre Forsterita (Mg2SiO4)y Fayalita (Fe2SiO4)

Grupo de los Nesosilicatos alumínicos: Comprende tres minerales polimorfos de composición (Al2SiO5): Andalucita, Sillimanita y Distena

Forsterita (Mg2SiO4)

Fayalita (Fe2SiO4)

• Verde oliva, aspecto granular, brillo vítreo

Andalucita (Al2SiO5)

Sillimanita(Al2SiO5)

Distena(Al2SiO5)

• Característico de rocas metamórficas,

•Constituyente mayoritario de las rocas ígneas básicas y ultrabásicas

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Tema 01

4. Minerales. Clasificación

CLASE VIII: Silicatos (SiO4

)-4

Tema 01

4. Minerales. Clasificación

CLASE VIII: Silicatos (SiO4

)-4

Nesosilicatos

Sorosilicatos

Grupo de los Granates: Minerales isomorfos con formas cristalinas dodecaédricas, brillo vítreo, tonos rojos y granates

Pares de tetraedros Si-O unidos por un O compartido. Su radical es (Si2O7)-6

Almandino(Fe3Al2Si3O12) Epidota(Ca2(Fe,Al)3(Si2O7)(SiO4)(OH)2)

• Componente importante de algunos esquistos, migmatitas y eclogitas (R. metamórficas)

• Son escasos y de poco importantes como formadores de rocas.

• Se utilizan como gemas y abrasivos por su elevada dureza (6,6-7,5)

• Característicos de rocas metamórficas

Tema 01

4. Minerales. Clasificación

CLASE VIII: Silicatos (SiO4

)-4

Tema 01

4. Minerales. Clasificación

CLASE VIII: Silicatos (SiO4

)-4

Ciclosilicatos

Inosilicatos

Tetraedros de Si-O que se enlazan formando anillos en los que cada tetraedro comparte 2 O con los demás.

Tetraedros de Si-O definiendo cadenas a lo largo del eje del cristal y unidas unas con otras a través de cationes metálicos. Pueden ser:

Forman anillos de 3 (Si3O9)4- , 4 (Si4O12)8- y 6 tetraedros (Si6O18)12-, siendo la relación Si-O 1:3

Berilo (Be3Al2(Si6O18))

Turmalina ((Na,Ca)(Li,Mg,Al,Fe)6(BO3)3(S6Ol8)(OH)4)

• Grupo de los Piroxenos; cadenas simples formados por una fila de Tetraedros (Si2O6)4- Si-O = 1:3 • Grupo de los Anfíboles; Cadenas dobles de dos filas de tetraedros unidos por O definiendo una estructura hexagonal que incorpora un (OH) en el centro. Radical (Si4O11(OH)7-

• Los anillos se superponen en una de las tres direcciones del espacio, definiendo hábitos prismáticos; brillo vítreo

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Tema 01

4. Minerales. Clasificación

CLASE VIII: Silicatos (SiO4

)-4

Inosilicatos

Augita (piroxeno) (Ca,Na)(Mg,Fe,Ti,Al)(Si,Al)2O6

Hornblenda (anfibol) (Ca2(Fe, Mg)5Si8O22 (OH)2

• La semejanza estructural de ambos grupos, genera unas propiedades comunes: Densidad (3), Dureza (5-7), hábito prismático, brillo vítreo, Color verde (oscuro)

Tema 01

4. Minerales. Clasificación

CLASE VIII: Silicatos (SiO4

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Tema 01

4. Minerales. Clasificación

CLASE VIII: Silicatos (SiO4

Filosilicatos

Filosilicatos

Tetraedros de Si-O que comparten 3 O con otros tantos tetraedros definiendo estructuras laminares indefinidas.

Grupo de las Micas;

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Minerales isomorfos de amplia difusión en rocas ígneas y metamórficas.

Idénticas cadenas dobles de los inosilicatos, pero extendidas en dos direcciones • Relación Si-O 1:2,5 • Radical (Si4O10)4• Las láminas de cadenas se enlazan débilmente mediante (OH)• Los (OH)- permiten la entrada de cationes metálicos

Moscovita (KAl2(Si3Al)3O10(OH,F)2

Biotita K(Mg,Fe2+)3(Al,Fe3+)Si3O10 OH,F)2

• Exfoliación en láminas finas y elásticas; brillo vítreo; tranpsarentes (moscovita) a negros (biotita)

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14/09/2013

Tema 01

4. Minerales. Clasificación

CLASE VIII: Silicatos (SiO4

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Tema 01

4. Minerales. Clasificación

CLASE VIII: Silicatos (SiO4

Filosilicatos

Filosilicatos

Minerales de la arcilla;

Minerales de la arcilla;

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Minerales secundarios, de aspecto terroso (sin brillo), procedentes de la alteración de otros silicatos en ambientes superficiales (caolinita, montmorillonita, sepiolita) o metamórficos (talco).

Caolinita Al2Si2O5 (OH)4

Talco Mg3Si4O10(OH)2 Sepiolita Mg4Si6O15(OH)2 · 6H2O,

Tema 01

4. Minerales. Clasificación

CLASE VIII: Silicatos (SiO4

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Tema 01

4. Minerales. Clasificación

CLASE VIII: Silicatos (SiO4

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Tectosilicatos

Tectosilicatos

Tetraedros Si-O definiendo redes tridimensionales en las que cada tetraedro comparte sus 4 O con los tetraedros que le rodean..

Grupo de Sílice: Cuarzo (SiO2) Calcedonia (SiO2 criptocristalina)

• Relación Si-O 1:2 • Radical (SiO2) neutro Sílice • Se reconocen dos grupos: Cuarzo var. Cristal de roca (SiO2)

• Hábito prismático piramidal, masivo, brillo vítreo, colores muy variados, dureza alta. • Constituyente fundamental de r. ígneas, metamórficas y sedimentarias (detríticas)

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Tema 01

4. Minerales. Clasificación

CLASE VIII: Silicatos (SiO4

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Tema 01

4. Minerales. Clasificación

CLASE VIII: Silicatos (SiO4

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Tectosilicatos

Tectosilicatos

Grupo delos Feldespatos: Combinaciones de tetraedros Si-O con cationes alcalinos (K,Na,Ca), destacando los términos extremos de una serie ternaria

Grupo delos Feldespatos: Combinaciones de tetraedros Si-O con cationes alcalinos (K,Na,Ca), destacando los términos extremos de una serie ternaria

Cuarzo var. Cristal de roca (SiO2) Ortosa (K)(Si3AlO8)

Albita (Na)(Si2Al2O8)

Tema 01

4. Minerales. Clasificación

CLASE VIII: Silicatos (SiO4

Materia y Minerales

)-4

Tectosilicatos

1.

Introducción (Materia, estados de la materia, materiales de construcción)

Grupo delos Feldespatos: Combinaciones de tetraedros Si-O con cationes alcalinos (K,Na,Ca), destacando los términos extremos de una serie ternaria

2.

Elementos químicos: El átomo

3.

4.

Enlaces químicos 9

Fuertes (covalente, iónico, metálico)

9

Débiles (Fuerzas de Van der Waals)

Minerales 9

Estructura cristalina (vs otras microestructuras)

9

Composición química

9

Propiedades Físicas (densidad, brillo, dureza, color, forma cristalina, exfoliación, color)

9

Clasificación mineralógica (Clasificación de Strunz, 1970) Clase I

Elementos nativos

Clase II Sulfuros

9

Clase V

Carbonatos

Clase VI Sulfatos

Clase III Óxidos

Clase VII Fosfatos

Clase IV Halogenuros

Clase VIII Silicatos

Comportamiento de los minerales (Durabilidad, Propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas)

Anortita (Ca)(Si2Al2O8)

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4. Minerales: Comportamiento

Tema 01

Las propiedades físicas, mecánicas, térmicas y eléctricas de los minerales depende de su composición química y del tipo de enlace entre sus átomos DURABILIDAD o ESTABILIDAD FÍSICO-QUÍMICA

• Mayor en minerales con enlaces covalentes • Minerales con enlaces iónicos y de Van der Waals tienden a romperse por disolución en presencia de agua, facilitando el intercambio iónico con otras sustancias y la recristalización por evaporación. • Minerales con enlaces metálicos, tienden a oxidarse (pérdida de e- debido a su alta movilidad) y corroerse con facilidad

4. Minerales: Comportamiento

Tema 01

• La resistencia a la deformación está relacionada con los enlaces químicos, siendo más resistentes los enlaces más fuertes (iónico, covalente, metálico). A mayor resistencia, mayor será … •Fragilidad es mayor en minerales con enlaces covalentes e iónicos debido a la rigidez del enlace y a la imposibilidad de rehacerlo una vez roto. • La elasticidad y plasticidad es mayor en sustancias con enlaces metálicos. La nube electrónica permite un cierto deslizamiento de las capas de la estructura cristalina sin que ésta llegue a romperse. • Minerales con enlaces covalentes e iónicos presentan una menor resistencia a tracción que a compresión.

4. Minerales: Comportamiento

Tema 01

PROPIEDADES TÉRMICAS

• Cuanto mayor es el nº de e- que participan en el enlace, mayor es la fuerza del mismo y mayor es la energía externa que hay que suministrar para romperlo (resistencia al fuego y punto de fusión más altos) • Sin embargo, los enlaces iónicos y de Van der Waals se disocian fácilmente en presencia de agua y a temperaturas relativamente bajas. PROPIEDADES ELÉCTRICAS

• Alta movilidad de los e- en compuestos metálicos determinan una alta conductividad eléctrica (y también, térmica) y a consecuencia de ello, una baja resistencia al fuego. • Compuestos con enlaces covalentes e iónicos muestran bajos valores de conductividad, debido a la rigidez de sus enlaces (no movilidad de sus e-)

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