3. Materiales que forman la Tierra

• 3.1 Mineralogía

• 3.2 Definición de Mineral

• 3.3 Elementos de Cristalografía

• 3.4 Propiedades Físicas y Químicas de los Minerales

• 3.5 Petrografía

• 3.6 Definición de Roca

• 3.7 Rocas Ígneas Volcánicas y Plutónicas

• 3.8 Rocas sedimentarias Detríticas, Químicas y Bioquímicas

• 3.9 Rocas metamorficas

Objetivo:

• El alumno conocerá y analizará los

minerales y rocas mas comunes y

explicará la forma de identificarlos

ENLACES FUERZA DE UNIÓN ENTRE PARTÍCULAS

a) Metálico: Enlace poco dirigido en la nube electrónica, En elementos y aleaciones

b) Covalente u Homopolar: Altamente direccional y se presenta en cuerpos duros

e indeformables en No metálicos

c) Iónico o Polar: 90 % de minerales lo tienen, Cristales considerablemente duros,

altos puntos de fusión y bajo coeficiente de dilatación en Sales

d) Residual o de Van Der Wals: Lo presentan compuestos orgánicos y tiene

importancia secundaria en mineralogía ya que la fuerza de enlace es muy débil o intermolecular

El tipo de enlace sólo define las fuerzas que existen en base a los componentes de algún mineral

• El tipo mas común de enlace químico entre minerales terrestres es el Iónico.

• Un mineral enlazado ionicamente, se compone de aniones y cationes, los cuales realizan una fuerza de atracción eléctrica con respecto a los otros.

• La fuerza de atracción o repulsión entre iones, es directamente proporcional al producto de las cargas de los dos iones e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos

• F = q1 q2 / d2

• A mayor número radio del catión mayor es el número de coordinación

CELDA UNITARIA

• ES LA MENOR PORCIÓN DE CRISTAL QUE TIENE LOS

MISMOS ÁTOMOS QUE CONSTITUYEN EL MOTIVO

GEOMÉTRICO DEL CRISTAL

CONJUNTO DE

PARTICULAS

ORGANIZADAS

PUNTOS CENTROS DE GRAVEDAD DE

IONES, ATOMOS,

MOLECULAS

GRUPOS

MAS

COMPLICAD

OS

•CELDA UNITARIA = MALLA = RED CRISTALINA = REDES ESPACIALES = CELOSÍA

Empaquetamiento: número de

partículas entre la unidad de volumen

• DIAMANTE • Enlace covalente, estructura cúbica

• GRAFITO • Malla hexagonal, enlace entre capa y capa es De Van Der Wals

• En un mineral puede haber coexistencia de enlaces

• (Silicatos: iónico y covalente)

• Los iones de cada elemento químico

tienen un tamaño definido y pueden

ser conceptualizados como esferas

• Si tomamos aniones y cationes del

mismo tamaño, se asume que el

máximo número de aniones, los

cuales se pueden acomodar alrededor

de un catión es de 12

• Este número es llamado Número de

Coordinación del catión. En este caso

el radio del catión (Rc) es igual al radio

del anión (Ra) y la razón de los radios

entonces es Rc / Ra = 1

Rc / Ra

NUMERO DE CORDINACIÓN DE UN

CATION ARREGLO GEOMÉTRICO

1 12

Puntos medios de las aristas e

un cubo

0.73 -

1.0

0 8 Esquinas de un cubo

0.41 -0.73 6 Esquinas de un octaedro

0.22 -0.41 4 Esquinas de un tetraedro

0.15 -0.22 3 Esquinas de un triángulo

0.15 2 A lo largo de una línea recta

POLIEDRO DE COORDINACIÓN

• ES EL MOTIVO GEOMÉTRICO DADO POR LOS CENTROS DE LOS ANIONES

• EXISTEN 7 CLASES DE MALLAS POR EXISTIR 7 SISTEMAS CRISTALOGRÀFICOS

• Malla Cúbica

• Malla Tetragonal

• Malla Hexagonal

• Malla Trigonal

• Malla Ortoclínica o Rómbica

• Malla Monoclínica

• Malla Triclínica

• 7 sistemas cristalinos – 32 clases de cristales – 230 grupos espaciales

• OPERACIONES BÁSICAS PARA CONTRUIR REDES ESPACIALES

• Traslación

• Traslación – Rotación

• Reflexión – Traslación

• ARREGLOS DE PARTÍCULAS

• Cristales isométricos (Cristales cúbicos)

• Cristales oblicuos (Triclinicos)

• CARA CRISTALINA

• Gran acumulación de puntos

EJEMPLO

• Para el mineral Halita (NaCl), el radio iónico del catíon de sodio es

0.97 Angstroms. El radio iónico de anión cloro es de 1.81

Angstroms.

• La razón obtenida dividiendo el valor del radio iónico del catión

entre el radio iónico del anión es de 0.52, el cual nos indica que el

número de coordinación del ión sodio es de 6.

• El arreglo geométrico de los aniones alrededor del catión es por

tanto un octaedro

CRISTALOGÉNIA: Génesis de los

cristales

Cristal: Cuerpo sólido limitado de caras y planos, cuya

forma poliédrica externa indica que en el interior del cristal

existe un arreglo de átomos, iones, etc.

Obtención de cristales: Evaporación, Lento enfriamiento y

Saturación

Al enfriarse un magma hay acomodo de átomosy estos

forman cristales pero en diferentes fases, Qz,

Feldespatos,ferromagnesianos, etc.

Núcleo cristalino – Cristalito – Cristal

Dominio Cristalino: Tamaño del cristal

a) Grado de formación de la fase sólida

b) grado de crecimiento de los cristalitos

que se desarrollan a partir de los núcleos • Fases:

• a) Liquido

• b) Gas

• c) Sólido

• Solución

• a) Solvente

• b) Soluto

VELOCIDAD DE NUCLEACIÓN

• Está en función de la velocidad de enfriamiento y el grado de saturación

• Son el número de núcleos formados en determinado tiempo

• La formación del núcleo cristalino es termodinámicamente inestable por tener gran superficie de energía libre, cuando se enfría esta energía se reduce y el cristal formado alcanza la estabilidad

• La forma del cristal la determina el arreglo

interno de sus átomos o iones, moléculas

y grupos mas complejos.

• Cualquiera que sea el caso, las partículas

están en equilibrio de fuerzas

interatómicas.

CLASIFICACIÓN DE CRISTALES

• Simetría: Propiedad común de minerales

• Un rasgo común de la simetría es la repetición de puntos , líneas y planos

• Los elementos de simetría son:

• Ejes de simetría

• Planos de simetría y centros de simetría

• Todo cristal tiene Planos, o Caras, Aristas y Vértices

• 3 leyes de la cristalografía

MINERAL

SUSTANCIA QUE SE PRODUCE EN LA NATURALEZA CUANDO SE CONJUGAN

CIERTAS PROPIEDADES FISICAS (TEMPERATURA, PRESIÒN Y ESPACIO).

OCASIONALMENTE PRESENTAN FORMA POLIEDRICA

UN MINERAL PRESENTA DOS TIPOS DE PROPIEDADES:

ESCALARES (p.e. dureza, punto de fusión)

VECTORIALES:Arreglo geométrico, fuerza de átomos

MINERALOGÍA

Tiene por objeto la investigación de todas las propiedades de los minerales, especialmente su forma externa, su fina estructura y sus cualidades físicas y químicas.

También investiga las condiciones de formación de las especies minerales consideradas una a una en sus asociaciones minerogenéticas

En el mismo sentido, es campo de la mineralogía los minerales extraterrestres, comparándolos con los terrestres

DIVISIONES DE LA

MINERALOGÍA • Cristalografía • a) Morfología: Describe las formas de los cristales

• b) Estructural: Formas geométricas del cristal

• Mineralogía Química

• Mineralogía Física

• Mineralogía Óptica

• Análisis estructural y estudios de rayos X

• Mineralogía determinativa (Técnicas de identificación)

• Mineralogía descriptiva

• Gemología

IMPORTANCIA ECONÓMICA DE

LOS MINERALES

• En México

• En el mundo

• Minerales metálicos y no metálicos

• Mineral de Mena: la fuente y su extracción es costeable

• Mineral de ganga: No tiene valor económico y es

desechado durante la separación del de mena

• Los yacimientos están asociados a dos minerales, uno de mena y otro de ganga

SISTEMA MINERAL

• Se considera como sistema físico – químico bajo ciertas condiciones de

presión, temperatura, espacio y concentración.

• Dará lugar a un mineral o grupo, relacionado a un rasgo geológico

• (Cuenca evaporítica, zona de subducción, volcanica, etc.

PETROLOGÌA

• Trata del origen, composición,

alteraciones y depósito de las rocas

• Petrología Ígnea

• Petrología sedimentaria

• Petrología metamórfica

ROCA

• Es un agregado o asociación de minerales

• Existen minerales que se encuentran en

los tres tipos de rocas (Ígneas,

sedimentarias y metamórficas)

MAGMA

• Compuesto que no tiene arreglo ordenado

• La obsidiana no es un mineral ni roca por

tener un desarreglo en su estructura

interna

• ISOMORFISMO (misma forma) • Fórmula química análoga, estructura interna similar donde

aniones y cationes tienen tamaño similar. Cada mineral cristalizará en el mismo sistema cristalográfico. Ejemplo

• Sistema Ortoclínico • BaCO3 WITHERITA

• PbCO3 CERUCITA

• SrCO3 ESTRONCIANITA

• CaCO3 ARAGONITO

• POLIMORFISMO (muchas formas) • Diferente forma cristalina, diferentes propiedades físicas y diferentes nombres

• CaCO3 CALCITA o ARAGONITO en donde la calcita es del sistema Trigonal

• Cuarzo Alfa: Menor temperatura, estructura cerrada, mayor empaquetamiento, sin intersticios

• Cuarzo Beta

• Tridimita

• Cristobalita: Mayor temperatura, estructura abierta, menor empaquetamiento

• MINERALOIDES: No tienen morfología, no hay

organización ni geometría pero si tienen

propiedades físicas y sí se identifican.

• a) Aquellos originalmente cristalinos cuya estructura interna fue

destruida por radiación o alteración metamictica (Zircon ZnSiO4)

• b) Aquellos originados a partir de una fusión por un rápido

enfriamiento, o bien a partir del lento endurecimiento de un Gel.

• Lechatielerita (SiO2) y Ópalo (SiO2 + n H2O)

GRUPOS MINERALES

• SILICATOS

• ELEMENTOS NATIVOS

• SULFUROS

• SULFOSALES

• HALUROS

• OXIFLUORURO

• FLORUROS HIDRATADOS

• ÓXIDOS

• PROTÓOXIDOS

• ÓXIDOS INTERMEDIOS

• DIÓXIDOS

• ÓXIDOS HIDRATADOS

• CARBONATOS

• FOSFATOS, ARSENIATOS, VANADIATOS, NITRATOS ANTIMONIATOS

• BORATOS, URANIATOS

• SULFATOS, CROMATOS TELURÁTOS

• TUNGSTATOS, MOLIBDATOS

SILICATOS

• TECTOSILICATOS

• FILOSILICATOS

• INOSILICATOS

• CICLOSILICATOS

• SOROSILICATOS

• NESOSILICATOS

TECTOSILICATOS: Todos los tetraedros

comparten sus esquinas dando como resultados

una red tridimensional, Sustitución de Al por Si

• Cuarzo

• Variedades cristalinas

• Feldespatoides

• Feldespatos

• Plagioclasas

• Serie de la Escapolita

• Grupo de las Zeolitas

CUARZO

• AMATISTA

• ROSADO

• AHUMADO

• LECHOSO

• CELULAR

• CITRINO

• JACINTO

VARIEDADES CRISTALINAS

• CALCEDONIA

• CRISOPRASA

• PEDERNAL

• JASPE

• ONIX

• TRIDIMITA

• CRISTOBALITA

• ÓPALO

• ÁGATA

FELDESPATOIDES

• LEUCITA

• NEFELINA

• HAUYNITA

• NOSELITA

• LAZURITA

• SODALITA

• CANCRINITA

FELDESPATOS

• ORTOCLASA

• MICROCLINA

• SANIDINO

• ANORTOCLASA

• ORTOSA

PLAGIOCLASAS

• ALBITA

• OLIGOCLASA

• ANDESINA

• LABRADORITA

• BYTOWNITA

• ANORTITA

SERIE DE LA ESCAPOLITA • ESCAPOLITA O WERNERITA

GRUPO DE LAS ZEOLITAS • ESTILBITA

• HARMOTOMA

• GISMUNDITA

• CHABAZITA

• ANALCIMA

• NATROLITA

• HEULANDITA

• MESOLITA

• THOMSONITA

FILOSILICATOS: Compartición de tres oxígenos.

Estructura doble extendiéndose indefinidamente en dos

direcciones

• GRUPO DE LAS MICAS: Biotita, muscovita, lepidolita, flogopita, glauconita

y margarita

• Caolinita o caolín

• Serpentina

• Pirofilita

• Talco

• Sepiolita

• Gentita

• Clorita

• Haloysita

• Clinocloro

• Apofilita

INOSILICATOS: Extensión indefinida en

dirección del eje C

• Grupo de Piroxenos: Enstatita, Hiperstena, Diopsido,

Augita, Aegirina,Jadeita,Hedemburgita yEspodumena

• Grupo de Anfíboles: Cumingtonita, Antofilita, Tremolita,

Actinolita, Hornblenda y Asbesto

• Grupo de Piroxenoides: Wollastonita, Pectolita, Rodonita

y Bustamita

CICLOSILICATOS: Formación de anillos y

compartición de 2 oxígenos

• Axinita

• Berilo,

• Cordierita

• Turmalina

• Melifanita

• Benitoita

SOROSILICATOS: Compartición de 1

Oxígeno. Grupos de tetraedros dobles

• Lawsonita

• Hemimorfita o Calamina

• Idocrasa o Vesuvianita

• Dioptasa

• Crisocola

• Damburita

• Melicita

• Gehlenita

• Grupo de la Epidota: Epidota Allanita, Zoicita y Clinozoisita

NESOSILICATOS: Grupo de

minerales individuales

• Grupo de silicatos de aluminio: Andalucita,

Sillimanita, Cianita o Distena, Estaurolita y Topacio

• Grupo del Granate: Almandita, Piropo,

Espesartita, Grosularita, Andradita y Uvarolita

• Zircón, Esfena o Titanita, Datolita,

Dumortierita y Condrodita

ELEMENTOS NATIVOS

• GRAFITO

• AZUFRE

• PLATA

• COBRE

• ARSÉNICO

• ANTIMONIO

• MERCURIO

• ÁGATA

SULFUROS

• OROPIMENTE BORNITA

• REJALGAR PIRITA

• ESTIBINITABISMUTINITA CALCOPIRITA

• MOLIBDENITA COBALTITA

• GALENA ESMALTITA

• ARGENTITA BREIPTAUPTITA

• CALCOSITA

• ESFALERITA

• METACINABRIO

• ALABANDITA

• CINABRIO

• NICOLITA

• PIRROTITA

• COVELINA

SULFOSALES

• BERTIERITA

• PLAGIONITA

• JAMESONITA

• PROUSTITA O PIRARGIRITA

• TETRAEDRITA

• TENTANITA

• POLIBASITA

• LIVINGSTONITA

GRUPO DE LOS HALUROS: Cloruros,

anhidros, bromuros, yoduros y fluoruros

• CALUMEL

• HALITA

• SILVITA

• FLUORITA

• CERARGIRITA

• CRIOLITA

OXIFLUORURO

• ATACAMITA

• PERCICITA

• CUMENGITA

• BOLEITA

CLORUROS HIDRATADOS

• CARNALITA

• BROMIRITA

• YODIRITA

• Propiedades Físicas de los Minerales a nivel de muestra de mano

Dependen del tipo de enlace, la química y la estructura interna

Color:

Fractura Regular, Irregular, Concoidal, Fibrosa, Ganchuda

Crucero: Observar el ángulo entre caras

Brillo: Metálico y No Metálico

Lustre: Adamantino, Vítreo, Graso, Resinoso, perlado, Sedoso, Metálico

Dureza: Escala relativa de Dureza (Escala de Dureza de Mohs)

Hábito: Columnar, Dendrítico, Acicular, Drúsico, Fibroso, Hojoso,

Laminar, Radial, Reticulado, Tabular y Coloforme (globular,

botroidal, reniforme, mamilar)

• Columnar: Cristales en forma de prismas alargados, que en sección son poligonales.

• Dendrítico; Tienen la apariencia arborescente.

• Acicular: Cristales delgados rígidos en forma de agujas.

• Drúsico: Término aplicado a la superficie cubierta de una capa delgada de cristales

finos.

• Fibroso: Cristales con la apariencia de cerdas de un cepillo fino.

• Hojoso: Cristales parecidos a hojas de cuchillos.

• Laminar: Formado por placas u hojas que pueden ser separadas.

• Radial: Cristales divergentes a partir de un punto en común.

• Reticulado: Compuesto de fibras, agujas o columnas dispuestas en forma de red.

• Tabular: Cristales en forma de tablas.

• Globular: Formas casi esféricas.

• Botroidal: La esferas están dispuestas en racimos.

• Reniforme: Tienen forma de riñón.

• Mamilar: Las masas están formadas por protuberancias en forma de mamas.

Escala de Dureza de Mohs 1. Talco: Los minerales son suaves al tactoy se rompen o untan al pasar

el dedo sobre ellos

2. Yeso: Puede ser rayado ligeramente por la uña

3. Calcita: Se puede penetrar con facilidad por un cuchillo. Apenas se raya con una moneda de cobre

4. Fluorita: Puede rayarse ligeramente con la navaja, pero no se corta con ella

5. Apatita: Se raya con la navaja pero con dificultad

6. Ortoclasa: No pede ser rayado con la navaja

7. Cuarzo: Raya al vidrio fácilmente

8. Topacio

9. Corindón

10. Diamante

• Las gemas, empleadas como elemento

decorativo desde antes de los sumerios,

hace unos 7,000 años, se clasifican

también en función de su dureza. Así, las

que alcanzan una puntuación entre 8 y 10

son las auténticas piedras preciosas,

mientras que las que están por debajo de

8 se consideran semipreciosas u

ornamentales.

• Diamante 10

• Corindón 9

• Crisoberilo 8.5

• Berilo 8

• Topacio 8

• Espinela 8

• Esmeralda 8

• Jacinto 7.5

• Turmalina 7.5

• Granate 7

• Cristal de Roca 7

• Calcedonia 6.5

• Crisolita 6.5

• Vesuvianita 6.5

• Peridota 6.5

• Amazonita 6

• Piedra lunar 6

• Turquesa 6

• Ópalo 5.5 - 6.5

• Lapislázuli 5.5

• Fluorita 4

• Malaquita 3.5

• Àmbar 2 - 3

• Propiedades Físicas

• Propiedades Químicas. Geoquímica

• Propiedades Ópticas: Láminas delgadas

• Tablas de identificación