PROGRAMA DE LA MATERIA GEOLOGIA GENERAL MODULO 1 Formación del universo y el planeta GEODINAMICA INTERNA

MODULO 2

Geodinámica externa

Aplicación de la Geología a la búsqueda y explotación de recursos

MODULO 3

Geología Histórica

MODULO 4

Módulo 1:

Unidad 1

DEL BIG BANG AL PLANETA TIERRA Unidad 2

Unidad 3

Unidad 5-6 Unidad 7

Unidad 4

CAMBIO DE ESCALA

UNIDAD IV

GEOLOGÍA GENERAL

Los minerales

Autor: Fernando Colombo

¿QUE ES UN MINERAL ? Sustancia inorgánica, de origen natural, con composición química definida y estructura cristalina regular.

Composición química Halita

sodio

NaCl

cloro

Composición química Cuarzo Oxígeno

SiO2 Silicio

Estructura definida Espinela MgAl2O4 Al O

Mg

Estructura definida Esfalerita ZnS

Zinc

Azufre

Sustancias que no son minerales Materiales de origen orgánico Del reino animal Marfil

Marfil fósil

Perlas

Hueso

Coral

Nácar

Materiales de origen orgánico Del reino vegetal

Tagua (“marfil vegetal”)

Materiales artificiales Óxido de zirconio (“cubic zirconia”)

Diamantes sintéticos

Materiales inorgánicos que carecen de estructura regular y composición química definida Obsidiana (vidrio volcánico)

Materiales de origen orgánico modificado

Ámbar

Carbón

Especie Todos los individuos minerales con composición química y estructura idénticos. Variedad Individuos de una determinada especie caracterizados por pequeñas variaciones en su composición química, morfología, etc. Cuarzo, variedad ágata

Cuarzo, variedad amatista

Roca Agregado de minerales. Puede ser casi monominerálica, siempre que tenga una extensión mapeable.

Mármol es el nombre de una roca compuesta del mineral calcita

Nombres de los minerales De diversos orígenes (derivados del lenguaje minero, ciudades, o palabras antiguas) cuarzo

microclino

plagioclasa

wulfenita

Propiedad física rodonita (gr. “rosado”)

Composición química vanadinita (vanadio)

Persona smithsonita (J. Smithson) Localidad brasilianita (Brasil)

En Argentina Por localidades: sanjuanita mendozita catamarcaíta pirquitasita huemulita

Por personas: sanmartinita sarmientita

En Córdoba: benyacarita

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 catión

calcita

Ca(CO3)

anión

Otra forma de verlo: 1 mol de calcita pesa 100,09 g y está formado por: 1 mol de Ca (40,08 g), 1 mol de C (12,01 g) y 3 moles de O (3 x 16,00 g)

Fórmula química de un mineral Minerales que contienen oxígeno Por cuestiones históricas se presentan como porcentaje en peso de óxidos Calcita

CO2 CaO

43,97% 56,03%

Fórmula química de un mineral Minerales que no contienen oxígeno

Se presentan como porcentaje en peso de elementos Pirita FeS2 Fe S

46,55% 53,45%

Algunos minerales tienen una fórmula química prácticamente constante, coincidente con su fórmula teórica ideal.

Ejemplo: cuarzo SiO2

Sin embargo, otros minerales pueden tener intercambios de uno o más elementos por otros. La mayoría de los minerales más abundantes presentan esta flexibilidad, lo que permite que estén presentes en un gran número de rocas. Se los considera una solución sólida

Serie isomorfa Conjunto formado por dos especies minerales A y B cuya composición puede variar entre 100% A y 100% B, pasando por combinaciones intermedias. 100% mineral A

siderita Fe(CO3)

50% mineral A 50% mineral B

100% mineral B

rodocrosita Mn(CO3)

Veamos un ejemplo: la serie siderita-rodocrosita Siderita Fe(CO3)

Ión Fe2+

Rodocrosita Mn(CO3)

Ión Mn2+

20 iones Fe2+ 100% Fe2+

Fe(CO3)

Siderita

14 iones Fe2+ 6 iones Mn2+ 70% Fe2+, 30% Mn2+

(Fe0,7Mn0,3)(CO3)

Siderita (manganesífera)

4 iones Fe2+ 16 iones Mn2+ 20% Fe2+, 80% Mn2+

(Mn0,8Fe0,2)(CO3)

Rodocrosita (ferrosa)

20 iones Mn2+ 100% Mn2+

Mn(CO3)

Rodocrosita

Fe(CO3) (Fe0,7Mn0,3)(CO3) (Mn0,8Fe0,2)(CO3) Va primero el más abundante!

Fórmula generalizada (Fe,Mn)(CO3) (siderita) (Mn,Fe)(CO3) (rodocrosita)

Mn(CO3)

Resumen de puntos clave de la parte química * Toda la materia está formada por átomos * Los electrones de estos átomos se encuentran distribuidos en orbitales * Los minerales tienen una fórmula química definida. * La fórmula química de algunos es muy constante, pero la de otros varía por sustituciones (siempre manteniendo la electroneutralidad). •Cuando un elemento pasa a ser dominante, el nombre del mineral varía.

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 2,1 → toman electrones • Metaloides o semimetales: valores entre medio.

Tendencia en la electronegatividad aumenta

baja

ENLACE IÓNICO

ENLACE IÓNICO Carga negativa

Carga positiva 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

Villiaumita NaF F – Na = 4 – 0,9 = 3,1

Diamante C

¿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 los que lo rodean)

Coordinación triangular

¿Cómo se ordenan los átomos en las estructuras? radio catión /radio anión 0,155-0,225 0,225-0,414 0,414-0,732 0,732-1 >1

Número de coordinación

3 4 6 8 12

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 Mg3AlSi3O10(OH)2

El tamaño de los átomos se suele expresar en Armstrongs (1 Å = 10-10 m)

Relación de radios Si/O = 0,286 Al/O = 0,379 Mg/O = 0,614 K/O = 1,271

NC = 4 NC = 4 NC = 6 NC = 12

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 una geometría fija que al ser repetidos por traslación forman la estructura del mineral. Todas las celdas unidades de un mismo mineral son iguales entre sí.

SISTEMAS CRISTALINOS

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 simetría con que los átomos se disponen dentro de ella.

Sistema cúbico o isométrico

Los tres lados iguales

Los tres ángulos iguales a 90º

Sistema cúbico

espinela

fluorita diamante

granate

oro

Sistema tetragonal Dos lados iguales horizontales. El lado vertical es más corto o más largo Los tres ángulos iguales a 90º

Sistema tetragonal

zircón

vesubiana apofilita

Sistema rómbico

Los tres lados distintos Los tres ángulos de 90º

Sistema rómbico

Olivino

Baritina Topacio

Sistema monoclínico Los tres lados desiguales Los lados a y c forman un ángulo diferente de 90º

Sistema monoclínico

Titanita

Lepidolita

Sistema triclínico

Los tres lados desiguales Los tres ángulos distintos de 90º

Sistema triclínico

Microclino

Turquesa

Sistema hexagonal

Sistema hexagonal

Sistema hexagonal

Dos lados iguales dispuestos a 120º Un lado perpendicular

Sistema hexagonal berilo

berilo

vanadinita apatito

Sistema trigonal

Tres lados iguales Los tres ángulos iguales entre sí y distintos de 90º

Algunos lo consideran un subsistema dentro del hexagonal

Sistema trigonal

Corindón, variedad rubí Cuarzo

Los sistemas cristalinos (del más al menos simétrico) Cúbico Hexagonal (Trigonal) Tetragonal Rómbico Monoclínico Triclínico

¿Qué pasa si dos materiales tienen la misma composición pero diferente estructura?

Son minerales distintos

Esto se llama polimorfismo

El caso del carbono: diamante y grafito

diamante

grafito

Resumen de puntos clave * Los tipos de enlaces entre átomos pueden ser iónico, covalente o 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!) * Todos los minerales están formados por grupos de átomos llamados celdas * 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 cristalin

Resumen de puntos clave (cont.) * Dos o más minerales pueden tener la misma fórmula química pero diferente estructura, y se los llama polimorfos.

Recreo (15 minutos)

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 aquellos que tienen en común el metal.

1) Elementos y sus aleaciones

Plata Ag

Cobre Cu Oro Au

Azufre S

Diamante C

Grafito C

2) Sulfuros y sulfosales: combinaciones con azufre, sin oxígeno. Se incluyen aquí los arseniuros (As), telururos (Te), seleniuros (Se) y antimoniuros (Sb), más raros. Calcopirita CuFeS2

Pirita FeS2

Galena PbS

3) Haluros: combinaciones con F, Cl, Br o I.

Halita NaCl

Fluorita CaF2

4) Óxidos e hidróxidos: combinaciones con el ión óxido (O-2) y/o hidróxido (OH)-

Ilmenita FeTiO3

Hematita Fe2O3

Goethita FeO(OH)

5) Carbonatos y nitratos: combinaciones con el ión carbonato (CO3)-2 o nitrato (NO3)-2

Dolomita CaMg(CO3)

Aragonito Ca(CO3)

6) Boratos: combinaciones con el ión borato (BxOy)

Colemanita Ca2B6O11·5H2O

Ulexita NaCaB2O6(OH)6·5H2O

6) Sulfatos, cromatos, molibdatos y tungstatos (=wolframatos): Combinaciones con el ión (SO4)-2, (CrO4)-2, (MoO4)-2 o (WO4)-2.

Yeso Ca(SO4)·2H2O

Baritina Ba(SO4)

Crocoíta Pb(CrO4)

Clase 6 (cont.)

Wulfenita Pb(MoO4)

Scheelita Ca(WO4)

7) Fosfatos, arseniatos y vanadatos: combinaciones con el ión (PO4)-3, (AsO4)-3 o (VO4)-3. Adamina Zn2(AsO4)(OH)

Apatito Ca5(PO4)(F,Cl,OH)

Vanadinita Pb5(VO4)Cl

8) Silicatos: combinaciones con el ión (SiO4)-4 o sus combinaciones polimerizadas

Andradita Ca3Fe2(SiO4)3

Microclino KAlSi3O8

9) Sales de ácidos orgánicos: combinaciones con los iones oxalato (C2O4)-2 , C, N, etc.

Whewellita Ca(C2O4)·H2O

PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS MINERALES

Color

morganita

heliodoro Variedades de berilo

aguamarina

bixbita

esmeralda

Distribución del color

Homogénea

En parches

Zonación longitudinal

Zonación concéntrica

Causas del color * Elementos de transición (“cromóforos”): Ti, Fe, Mn, Co, Cr, V, Cu, Ni; algunos otros elementos también pueden causar color (U, elementos de las tierras raras) * Defectos estructurales * Otras causas más complejas

Elementos de transición Siempre presentes en el mineral

Ocasionalmente presentes en el mineral

Cromóforo: hierro

Berilo Minas Gerais, Brasil

Turmalina (Elbaíta) Minas Gerais, Brasil

Berilo Rep. Checa

Forsterita (“peridoto”) Egipto

Turmalina (Elbaíta)

Maine, Estados Unidos

Cromóforo: vanadio

Berilo, variedad esmeralda Muzo, Colombia

Cromóforo: manganeso Apatito EUA

Rodocrosita Kuruman, Sudáfrica Berilo Afghanistán

Cromóforo: cobalto

Espinela Sri Lanka Calcita Shaba, Congo

Cromóforo: cromo

Espinela Mogok, Myanmar

Berilo, variedad esmeralda Austria

Cromóforo: níquel

Cuarzo, variedad crisoprasa (con inclusiones de minerales de níquel) Kalgoorlie, Australia

Un mismo elemento, dos colores?

Berilo, variedad esmeralda

Espinela

Defectos estructurales

Defecto de Frenkel

Defecto de Schottky

Halita Thuringia, Alemania

Brillo Propiedad 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) Mate: sin brillo, como una tiza (turquesa) Perlado: como una perla (talco, algunos carbonatos)

Graso (ópalo)

Adamantino (diamante)

Vítreo (topacio)

Mate (turquesa) Sedoso (anfíbol)

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

Muscovita

Fractura Superficies irregulares que se forman a consecuencia de un golpe.

Cuarzo, variedad crisoprasa

concoidal

irregular

astillosa

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

Diamante

Escala de Mohs 1 - Talco 2 - Yeso

uña

3 - Calcita 4 - Fluorita 5 - Apatita

navaja 6 - Feldespato

apatita vidrio

7 - Cuarzo 8 - Topacio 9 - Corindón calcita

10 - Diamante

Densidad D = masa / volumen Ligero: < 2

Ópalo (~ 1,98 g/cm3)

Normal: 2-4

Espinela (~ 3,60 g/cm3)

Pesado > 4

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

MICROSCOPIO DE PETROGRAFICO

Biotita

allanita

Zircón

¿Cómo se prepara una roca o un mineral para verla al microscopio ?

roca Vidrio

Espesor: 0,030 mm

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 Información resumida de casi todas las especies conocidas: http://www.handbookofmineralogy.org/search.html?p=all Información variada (incluyendo links a otros sitios mineralógicos) http://webmineral.com/ Sitios educativos: http://www.minerant.org/educational.html Fotos de minerales (incluyendo muchos raros) http://webmineral.com/specimens.shtml Curso de mineralogía en español) http://www.uned.es/cristamine/inicio.htm

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