materia y minerales

Materia y Minerales

Geología para Ingenieros

GE 50

University of Missouri-Rolla

Traducido y modificado por Geóloga

Adriana Duque

Minerales: construyendo

bloques de roca

• Por definición un mineral es:

• Natural

• Sólido inorgánico

• Estructura molecular interna ordenada

• Composición química definida

• Roca

• Un agregado sólido de minerales

Composición de los minerales

• Elementos

• Bloques de construcción básicos de los minerales

• Se conocen más de 100 (92 ocurren naturalmente)

• Atomos

• Partícula más pequeña de la materia

• Retiene todas las características de un elemento


• Estructura atómica

• Región central llamada núcleo

– Consiste de protones (carga +) y neutrones

(carga -)

• Electrones

– Partículas cargadas negativamente que

rodean el núcleo

– Localizadas en niveles discretos de

energía llamadas capas

Estructura del átomo


• Enlace químico

• Formación de un componente combinando 2 o más

• Enlace iónico

• Atomos ganan o pierden electrones más externos (valencia) para formar iones

• Componentes iónicos consisten en una disposición ordenada de los iones de carga opuesta

Halita (NaCl) – Un ejemplo

de enlace iónico


• Enlace covalente • Atomos comparten electrones para

alcanzar la neutralidad eléctrica

• Más fuertes que los enlaces iónicos

• Enlaces iónicos y covalentes ocurren

típicamente en el mismo componente

Enlace covalente


• Otros tipos de enlaces

• Enlace metálico

– Electrones (valencia) están libres para

migrar entre átomos

– Más débiles y menos comúnes que otros

enlaces


• Isótopos y decadencia radioactiva

• Número de masa = suma de neutrones +

protones en un átomo

• Isótopo = átomo que exhibe variación en

su número de masa

• Isótopos inestables emiten particulas y

energía en un proceso conocido como

decadencia radioactiva

Estructura de los minerales

• Minerales tienen un arreglo ordenado

de átomos enlazados químicamente

que forman una estructura cristalina

particular

• Arreglo interno atómico en

componentes iónicos determinado por

tamaño iónico

Empaquetamiento geométrico

de varios iones

Estructura de los minerales

• Polimorfos

• Minerales con la misma composición

pero con diferentes estructuras

cristalinas

• Ejemplo: diamante y grafito

» Cambio de fase = un polimorfo

cambiando a otro

Diamante y grafito –

polimorfos de carbono

Propiedades físicas de los

minerales

• Propiedades de diagnóstico primario

• Determinados por observaciones o

desarrollo de test simples

• Varias propiedades físicas son usadas

para identificar muestras de mano de

minerales


minerales

• Forma de los cristales

• Expresión externa de la estructura

interna de los minerales

• A menudo interrumpidas debido a la

competición por espacio y pérdida

rápida de calor

Cristal de granate

Cristal cúbico de

Pirita


minerales

• Brillo

• Apariencia del mineral cuando refleja la

luz

• Dos categorias básicas

– Metálico

– No metálico

• Otros términos descriptivos incluyen

vítreo, sedoso, or terroso

Galena (PbS) muestra

brillo metálico


minerales

• Color

• Generalmente poco confiable para la

identificación de minerales

• A menudo muy variable debido a

cambios en la química del mineral

• Coloraciones exóticas de ciertos

minerales producen gemas

Cuarzo (SiO2) exhibe

variedad de colores

Iones traza otorgan al vidrio

sus colores distintivos

El peligro a la salud asociado al Crisotilo Asbesto natural, como el mostrado, es usualmente exagerado (?).


minerales

• Raya

• Color del mineral pulverizado

• Dureza

• Resistencia de un mineral a la abrasión o el rayado

• Todos los minerales son comparados a un estándar denominado la escala de dureza de Mohs

Raya es obtenida sobre una

baldosa de porcelana sin

esmaltar

Escala de dureza de

Mohs Relaciona la dureza del mineral con algunos objetos comunes,tales como uñas, monedas de cobre, hoja de navaja, y vidrio.

Feldespato ortoclasa (6) se utiliza como agente blanqueador en la crema de dientes, mientras que el esmalte del diente está constituido por el mineral apatito (5)


minerales

• Clivaje

• Tendencia de rompimiento a lo largo de

planos de enlace débil

• Produce superficies brillantes planas

• Descritas por la forma geométrica

resultante

– Número de planos

– Angulos entre planos adyacentes

Direcciones de clivaje comunes

Fluorita, halita, y calcita

exhiben clivaje perfecto

Diagrama esquemático de la estructura cristalina del cloruro de sodio, conocido comúnmente como sal de mesa. Los iones están estrechamente empaquetados


minerales

• Fractura

• Ausencia de clivaje cuando se rompe el

mineral

• Gravedad específica

• Peso del mineral / Peso de un volúmen

igual de agua

• Valor promedio = 2.7

Fractura concoidea

• Otras propiedades

• Magnetismo

• Reacción al ácido hidroclorhídrico (HCl)

• Maleabilidad

• Refracción doble

• Sabor

• Olor

• Elasticidad


minerales

Otras propiedades físicas

RADIOACTIVIDAD: Capacidad de cambiar espontáneamente a

otros elementos por la emisión de partículas (Alfa, Beta, Gamma)

desde su núcleo atómico (Contador Geiger).

MAGNETISMO: Atrae minerales metálicos.

FLUORESCENCIA: Emisión de luz cuando el mineral es

expuesto a luz ultravioleta, rayos X, rayos catódicos.

FOSFORESCENCIA: Luminiscencia después de cortada la

excitación

TERMOLUMINISCENCIA: Emisión de luz al calentarse.

TRIBOLUMINISCENCIA: Emisión de luz al ser molidos.

Grupos minerales

• Cerca de 4000 minerales identificados

• Minerales formadores de roca

• Minerales comúnes que constituyen la corteza terrestre

• Sólo unas pocas docenas de miembros

• Compuestos principalmente de 8 elementos que constituyen más del 98% de la corteza continental

% Peso % Volumen

Oxígeno O 46.4 94.05

Siliceo Si 28.15 0.88

Aluminio Al 8.23 0.48

Hierro Fe 5.63 0.48

Calcio Ca 4.15 1.19

Sodio Na 2.36 1.11

Magnesio Mg 2.33 0.32

Potasio K 2.09 1.49

99.34 100

Elemento

TOTAL

Principales elementos en la Corteza

Continental

Abundancia de elementos

en la corteza

Grupos minerales

• Silicatos (Si – Siliceo y O – Oxígeno)

• Grupo mineral más importante – Comprende la mayoría de minerales

formadores de roca (1 a 3)

– Muy abundates por el gran % de siliceo y oxígeno en la corteza de la Tierra

• Tetraedro Siliceo-oxígeno – Bloque fundamental de construcción

– 4 iones de oxígeno rodeando a un ión más pequeño de siliceo

Dos ilustraciones del tetraedro

Si–O

Grupos minerales

• Uniendo las estructuras de silicato

• Tetraedros singulares se encadenan para

formar varias estructuras incluyendo

– Tetraedros aislados

– Estructuras en anillo

– Estructuras en cadenas simples y dobles

– Láminas o estructuras en capas

– Estructuras complejas en 3-dimensiones

Tres tipos de estructura de

silicatos

Cadenas simples Cadenas dobles Estructuras en láminas

Tetraedro simple

Cadenas simples

Cadenas dobles

Láminas

Redes en 3

dimensiones

Olivino

Grupo del Piroxeno

Grupo del Anfíbol

Micas

Feldespato

Cuarzo

Grupos minerales

• Silicatos comunes

• Silicatos claros: Grupo del Feldespato

– Grupo mineral más común

– Exhibe 2 direcciones de clivaje perfecto a

90 grados

– Ortoclasa (feldespato de potasio) y

Plagioclasa (feldespato de sodio y calcio)

son los 2 miembros más comunes

Feldespato de potasio

Ingenieros europeos lo utilizan en agregados de autopistas para incrementar la reflectividad del pavimento y la capa de desgaste

Feldespato plagioclasa

Componente de piedras ornamentales o decorativas, especialmente en“granito negro” (gabro).

Grupos

minerales • Minerales de silicatos más comunes

• Silicatos claros: Cuarzo

– Unico silicato compuesto enteramente de

oxígeno y siliceo

– Duro y resistente a la meteorización

– Fractura concoidea

– A menudo forma cristales hexagonales

Grupos minerales

• Silicatos más comunes

• Silicatos claros: Moscovita

– Miembro común de la familia o grupo de las

micas

– Excelente clivaje en una dirección

– Produce brillantez resplandeciente a

menudo vista en la playa de arena

Grupos minerales


• Silicatos claros: minerales de arcilla

– Arcilla es un término general para describir

una variedad de minerales complejos

– Todos tienen estructura en láminas o capas

– Muchos se originan como productos de la

meteorización química

Grupos minerales


• Silicatos oscuros: Grupo del Olivino

• Silicatos de Fe-Mg de alta temperatura

– Tetraedros individuales unidos por iones de

hierro (Fe) y Magnesio (Mg)

– Pequeñas formas, cristales redondeados

sin clivaje

Grupos minerales


• Silicates oscuros: Grupo del Piroxeno

– Estructuras de cadenas simples

involucrando hierro y magnesio

– Dos clivajes distintivos a casi 90 grados

– Augita es el más común de los minerales

del grupo de los piroxenos

Grupos minera


• Silicates oscuros: Grupo de los

anfíboles

• Estructuras de cadenas dobles incluyendo una

variedad de iones

– Dos clivajes perfectos exhibiendo ángulos

de 124 y 56 grados

– Hornblenda es el mineral más común del

grupo de los anfíboles

Hornblenda (anfíbol)

Minerales ferromagnesianos como la hornblenda y piroxeno tienden a meteorizarse más facilmente que otros minerales en rocas plutónicas, como el granito.

Angulo de clivaje para la

Augita y Hornblenda

Grupos minerales

• Importantes minerales No silicatos

• Divididos tipicamente en 2 clases según

aniones

• Comprenden sólo el 8% de la corteza

terrestre

• A menudo ocurren como constituyentes

en rocas sedimentarias

Table 3.2

Carbonatos

Haluros

Oxidos

Sulfuros

Sulfatos

Elementos nativos

Grupos minerales


• Carbonatos

– Constituyentes primarios en caliza y

dolomia

– Calcita (CaCO3) y dolomita CaMg(CO3)2 son

los minerales de carbonates más

importantes

Grupos minerales


• Muchos tienen valor económico

• Ejemplos – Hematita (óxido explotado como mena de

hierro)

– Halita (haluro explotado para sal)

– Esfalerita (sulfuro explotado como mena de zinc)

– Cobre nativo (elemento nativo para cobre)

Cobre nativo

• Elementos nativos.

• Sulfuros (S+Metal).

• Oxidos (O+metal o metales).

• Hidróxidos (OH+--).

• Haluros (Cl, Br, F y I+--).

• Carbonatos (CO3+--).

• Nitratos (NO3+--).

• Sulfatos (SO4+--).

• Fosfatos (PO4+--).

• Boratos (BO3), cromatos (CrO4), tungstatos (W+--), molibdatos (Mo+--),

arseniatos (AsO4+--), vanadatos (VO4).

• SILICATOS (SiO4).

Otros grupos minerales

materia y minerales

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