teorico minerales secundarios 1
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MINERALES SECUNDARIOS
I
GD GEOLOGIAFACULTAD DE AGRONOMIAUNIVERSIDAD DE LA REPÚBLICA
9/03/2015
Bibliografía
• Geología para Ingenieros Agrónomos ( GD Geología Fagro)
• Introducción a la argilologia; Ibraim Ford; Facultad de Agronomía 1998
Minerales Primarios
Condiciones superficiales -Temperatura 20ºC
-Presión atmosférica-Abundante agua
Estables según los minerales en determinadas condiciones
Transformación en:- Óxidos de hierro- Carbonatos- Minerales Arcillosos
NUEVA ESTABILIDAD
Funciones y propiedades
• Condicionan la fertilidad del suelo
Retención de nutrientes catiónicos (y aniones)
Intercambio catiónico
Disponibilidad de nutrientes
• Movimientos del agua en el suelo
• Estructura del suelo
• Genética de suelos MINERALES�ROCAS�METEORIZACION�SUELOS�SOLUCION�PLANTAS
¿Como lo tenemos que pensar?
PERDIDAS o SALIDAS DEL los SISTEMAS
Definiciones….varias según disciplina
• Minerales secundarios: productos de la destrucción parcial o total de los minerales primarios y la recomposición de estructuras de acuerdo a las condiciones ambientales en que se produce la meteorización.
• Arcilla: material natural de grano muy fino que se vuelve plástico y pegajoso cuando húmedo y con posibilidad de hincharse cuando se moja.
• Minerales arcillosos: mayoritariamente filo aluminosilicatos hidratados cristalinos que son los principales componentes de las arcillas, además de otros amorfos (no cristalinos)
• Fracción arcilla: partículas menores a 2 micras de diámetro1 µm = 0,000 001 metros
Bacteria 0,5 y 5 micras
Utilizaremos……
• Arcilla en concepción edafológica: producto natural originado a partir de la meteorización de las rocas, cuyas partículas son generalmente de tamaño < a 2µ.
Sus principales constituyentes son los minerales arcillosos ( filo aluminosilicatos hidratados) y componentes accesorios tanto primarios, secundarios u orgánicos en el cual radica gran parte de la actividad fisicoquímica del suelo. (NO es una sustancia única)
Cuarzo - feldespatos - óxidos – hidróxidos - carbonatos-geles Propiedades únicas: EstructuraQuímicaTamaño
¿Cual es su importancia?... Además de tantas otras de suma relevancia
• En el manejo agronómico de los suelos el conocer el contenido y composición mineralógica de las arcillas, así como el estado fisicoquímico del sistema coloidal tiene una gran importancia
• Es un componente esencial que cuantifica la mayoría de las propiedades químicas, físicas o biológicas del suelo.
• Algunos suelos deben sus características esenciales enteramente al contenido y tipo de arcillas
No existen propiedades que finalmente sean explicadas sin considerar la arcilla
¿En donde se forman los minerales arcillosos?
• Ambientes de meteorización
• Ambientes de sedimentación
• Ambientes de diagénesis
• Ambientes hidrotermales
Ecuación fundamental de la meteorización
Ambiente de meteorización
• La mayor parte de los procesos biogeoquímicos ocurren en la superficie de la corteza terrestre (primeros cientos de metros)
• La mayor parte de las reacciones químicas ocurren en presencia del agua liquida
• La temperatura atmosférica afecta la velocidad de las reacciones
Agentes de meteorización• Agua Solvente universal� hidrolisis
• El H+ (aparte de actuar en la hidrolisis) ruptura de enlaces de los cationes metálicos(+) con los oxígenos.
• Ácidos naturales o no que afecten el pH de las aguas�CO2
• Oxigeno atmosférico � acción oxidanteEn minerales primarios el Fe2+ + O-2 = Fe3+ (aumento de las cargas(+) y reducción de su radio iónico generan inestabilidad)
2K(Si3AlO8) + 3HOH � Si2Al2O5(OH)4 + 4SiO2+2KOHFeldespato Caolinita Solución
(Solido) (Solido)
Mecanismos de formación de los minerales arcillosos
• Herencia(conservación de arcillas)Formados en suelos, sedimentos y rocas sedimentarias en ciclos previos, que pueden o no haberse formado en otro lugar físico al actual y en condiciones distintas o no a las actuales. (Son metaestables con pequeños cambios actuales)
• Neoformaciónse crea íntegramente la estructura nueva filosilicatada, por evolución y cristalización de precipitados silico-aluminosos no cristalinos y/o por reorganización de restos no cristianizados de la red de minerales primarios alterados.
• TransformaciónOpera sobre la estructura previa de un filosilicato por adición, sustracción o sustitución de elementos químicos.
NUEVAS ESPECIES
- Natural - Inorgánico - Solido - Estructura interna ordenada - Composición química definida
MINERALES PRIMARIOS
O-2
Si+4
Carga neta -4
Al+3
Radios IónicosCoordinación ionesCargas eléctricas
¿Que se busca?Estabilidad estructural y eléctrica
Neoformación
Cationes OH- Cationes centrales Oxígenos
Neso
silica
tos
Soro
silica
tos
Cic
losi
lica
tos
Inosilicatos
Pir
oxenos
Anfí
bole
s
Tect
osi
lica
tos
Transformación
Filosilicatos Cationes Cationes centrales OxígenosFILOSILICATOS (PRIMARIOS)
Series de reacción de BowenRegímenes de temperatura
Composición(tipos de rocas)
Susceptibilidad a la descomposición
química
Temperatura elevada
Primero en cristalizar
Temperatura baja
Ultimo en cristalizar
Menos estable en condiciones superficiales
Mas estable en condiciones superficiales
Cuarzo
Feldespato potásico
Muscovita
Rico en calcio
Rico en sodioFeld
espa
to p
lagi
ocla
sas
Olivino
Piroxeno
Anfíbol B
ioti ta
Ultramáficas
MáficasBasaltos
Intermedio
FélsicaGranitos
Serie discontinua de
cristal ización
Ser
ie c
ontin
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e
cris
taliz
ació
n
SUCEPTIBILIDAD A LA ALTERACION QUIMICA
MINERALES � ROCAS � METEORIZACION� MINERALES SECUNDARIOS
Factores de intensidad
Factores de capacidad
Residuos Insolubles - iones - MINERALES SECUNDARIOS
Desintegración
Descomposición
Agentes de meteorización
Meteorización
Estructurales
Químicos
Alterabilidad de los minerales
AguaHidrogeniónCo2Oxigeno
Material alterado
Ambiente de formación de minerales arcillosos
NeoformaciónTransformación
Estabilidad en las nuevas condiciones
Clima Topografía Drenaje
Ecuación fundamental de la meteorización
Estos y otros iones pasan al sistema suelo en diversas formas y distintas dinámicas para ser absorbidos desde la solución por las plantas
Salen del sistema en solución con el agua� Océanos
Solubilidad• Si-O mas difícil en hidrolizarse
• A menor potencial Iónico y f.e.e mas fácil de hidrolizar
Solubilidad decreciente
K+ --- Na+ --- Ca +2 --- Fe+2 --- Mg+2 --- Fe+3 --- Al+3 --- Si+4
Movilidad relativa de los cationes en el ambiente de meteorización
Movilidad decreciente
Na+ --- Ca +2--- Mg+2--- K+--- Si+4--- Al+3--- Fe+3
Movilidad decreciente
Na+ --- Ca +2--- Mg+2--- K+--- Si+4--- Al+3--- Fe+3
Solubilidad decreciente
K+ --- Na+ --- Ca +2 --- Fe+2 --- Mg+2 --- Fe+3 --- Al+3 --- Si+4
¿Que caminos pueden tomar?
Fácil de irse en solución
y acumulación
en el mar
Dependiendo de la roca madre:AcumulaciónLixiviación
Dependiendo del solvente:Precipitar MgCo3Lixiviación
De solubilidad débil y es retenido en arcillas 2:1 en intercapa
H4SiO4Monómero de siliciopuede formar polímeros pequeños que se lixivian
CUARZO
pH>5 forma polímeros insolubles Al(OH)3
Se mantiene insoluble hasta pH4 aprox.
Adsorbidos por el sistema coloidal del suelo Ca +2 > Mg+2 > K+ > Na+
Estos y otros iones pasan al sistema suelo en diversas formas y distintas dinámicas para ser absorbidos desde la solución por las plantas
¿Que caminos pueden tomar?
Estructura Filo aluminosilicatos hidratados cristalinos
(SiO4)-4
Satisfacen las cargas negativas adquiriendo cationes externos
(AlO6)-9
Diadojía o sustitución isomorfa
Elemento Radio iónico Å Carga
Si 0,39 4+
Al 0,57 3+
Ti 0,64 4+
Fe 0,67 3+
Ti 0,69 3+
Mg 0,78 2+
Li 0,78 1+
Fe 0,83 2+
Na 0,98 1+
Ca 1,06 2+
K 1,33 1+
O 1,32 2-
F 1,33 1-
Modifican: composición químicaarreglo estructuralestabilidad estructural electronegatividad
Pueden generan nuevas especies de minerales arcillosos
Hoja tetraédrica
Direcciones
Al+3
Si+4 O-2
Hoja Octaédrica O-2 / OH-
Al+3 Fe+3 Fe+2 Mg+2
Estructura clase TRIoctaédrica
Estructura clase DIoctaédrica
• Cationes octaédricos bivalentes• Todos los huecos octaédricos
ocupados por cationes
• Cationes octaédricos trivalentes• 2/3 huecos octaédricos ocupados
por cationes
Tipo de estructuraOH-
O-2
Si+4
Al+3 Fe+3 Fe+2 Mg+2
1:1 2:1
ESPACIADO
BASAL
Cationes hidratados (otros componentes)
Clasificación de los minerales arcillosos
Clasificación
• Amorfos o Cristalinos
• Composición de la intercapa
• Tipo de estructura (1:1) (2:1)
• Di o Trioctaédricos
GRUPOS
Subgrupos
Mg+2 + Al+3 + Si+4 + O-2 + H2O MONTMORILLONITA.Si+4 + Al+3 + H2O CAOLINITA.K+ + Al+3 + Si+4 + H2O ILLITA. (Na+ marino)
MonosialitizaciónBisialitización
Importante lixiviación de SiO2 que lleva a la formación de minerales arcillosos 1:1 del grupo de la Caolinita. Lixiviación de cationes móviles muy intensa
En climas templados con lixiviación de SiO2 poco importante permitiendo formarse minerales arcillosos 2:1 Esmectitas e IllitasSe retienen cationes móviles
Movilidad decreciente
Na+ --- Ca +2--- Mg+2--- K+--- Si+4--- Al+3--- Fe+3
Solubilidad decreciente
K+ --- Na+ --- Ca +2 --- Fe+2 --- Mg+2 --- Fe+3 --- Al+3 --- Si+4
¿Que caminos pueden tomar?
Fácil de irse en solución
y acumulación
en el mar
Dependiendo de la roca madre:AcumulaciónLixiviación
Dependiendo del solvente:Precipitar MgCo3Lixiviación
De solubilidad débil y es retenido en arcillas 2:1 en intercapa
H4SiO4Monómero de siliciopuede formar polímeros pequeños que se lixivian
CUARZO
pH>5 forma polímeros insolubles Al(OH)3
Se mantiene insoluble hasta pH4 aprox.
Adsorbidos por el sistema coloidal del suelo Ca +2 > Mg+2 > K+ > Na+
Características y propiedades a remarcar
• TAMAÑO
• SUPERFICIE ESPECIFICA
• PROPIEDADES FISICO-QUIMICAS UNICAS
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SOLUCION
Raíces+
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Arcillas tienen forma de hoja (acicular) Y un tamaño <2 micras determinan una enorme superficie especifica