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)