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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELA FACULTAD DE CIENCIAS INSTITUTO DE CIENCIAS DE LA TIERRA. TEMA 4. MINERALES Y ROCAS. MINERALES Y ROCAS. Introducción Rocas  registro de cómo la Tierra a evolucionado . Guía de cómo actualmente trabaja la Tierra.

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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELA

FACULTAD DE CIENCIAS

INSTITUTO DE CIENCIAS DE LA TIERRA

TEMA 4

MINERALES Y ROCAS

minerales y rocas

MINERALES Y ROCAS

Introducción

Rocas  registro de cómo la Tierra a evolucionado.

Guía de cómo actualmente trabaja la Tierra.

Importante para entender dinámica de la Tierra.

Formación de minerales y rocas y evolución en el tiempo.

Materiales sólidos  Tierra  mezclas o agregados de minerales.

Mineralogía y Petrología

Estudian naturaleza y origen de los minerales y rocas.

Importantes subcampos de la Geología.

minerales y rocas1

MINERALES Y ROCAS

¿Qué información pueden obtenerse al estudiar las rocas?

Reconocer los minerales de los cuales las rocas están compuestas y el modo de construcción de las rocas por sus componentes minerales principales.

Si se desea investigar sobre el origen de las rocas:

En el caso de las magmáticas: ¿Qué tipo de magma corresponde a la roca ígnea, por ejemplo qué composición tiene un magma?

En el caso de las rocas sedimentarias: ¿Cuál es la roca madre? ¿Cuál es la área fuente de los componentes, que constituyen la roca sedimentaria, por ejemplo de los clastos de un conglomerado? ¿Qué significa la presencia de estructuras sedimentarias?

En el caso de las metamórficas: ¿Cuál es la roca de partida? ¿Cuáles son los intervalos de P y T, bajo las cuales se formó?

minerales y rocas2

MINERALES Y ROCAS

Concepto de mineral

Compuesto químico sólido inorgánico de ocurrencia natural.

Caracterizado por una composición química definida y/o un intervalo restringido de composición química.

Cristalinos: poseen un arreglo específico regular de los átomos que lo conforman.

En algunos casos amorfos  sin estructura cristalina: vidrios naturales

Materialmente homogéneos: un mineral no puede ser separado mecánicamente en diferentes sustancias. Los nombres de los minerales dependen de su formula y de su estructura atómica.

Los minerales pueden consistir de un elemento simple, tales como oro (Au), plata (Ag), diamante ( C ) y azufre (S).

Debido a la abundancia de los elementos en la Tierra  tendencia a combinarse  muchos minerales compuestos de dos o mas elementos.

minerales y rocas3

MINERALES Y ROCAS

Estructura de los minerales

Estructura interna

Palabra clave en la definición de un mineral.

Componentes atómicos de un mineral tienen un arreglo específico en un patrón geométrico definido.

Nicolas Steno (1638-1687)  mineral tiene formas cristalinas específicas.

René Haüy (1743-1822)  observó que la calcita se parte a los largo de tres planos solamente.

minerales y rocas4

MINERALES Y ROCAS

Estructura de los minerales

Celda unitaria

Unidad tridimensional más pequeña de un cristal, que además en ella está contenida la formula química.

Entender importancia de estructura mineral: diamante y grafito  propiedades físicas muy diferentes.

Polimorfismo: Capacidad de una sustancia química específica de cristalizar con más de un tipo de estructura. Diferentes arreglos estructurales de un mismo elemento producen distintos minerales con propiedades disímiles.

minerales y rocas5

MINERALES Y ROCAS

Estructura de los minerales

Sustitución iónica

Cambio en composición química en el mineral sin cambio en la estructura cristalina, dentro de límites definidos.

Común en minerales formadores de rocas.

La conveniencia de un ión a ser sustituido por otro  determinado por diversos factores: (Z/r)

Tamaño

Carga

Sustitución ocurre si r iónico difieren < ~ 15%.

Entender importancia de estructura mineral: diamante y grafito  propiedades físicas muy diferentes.

Causan cambios en color, dureza, brillo, etc., sin mostrar cambios en su estructura interna.

minerales y rocas6

MINERALES Y ROCAS

Estructura de los minerales

Solución sólida (mezcla cristalina)

Presencia en un cristal homogéneo de moléculas de dos o más sustancias  sólido cristalino de composición variable

Olivino: (Fe,Mg)2SiO4 Mg2SiO4 (forsterita)

Fe2SiO4 (fayalita)

Feldespatos: CaAl2Si2O8; NaAlSi3O8

Micas, piroxenos

Isomorfismos:

Sustancias con formulas análogas que tienen estructuras cristalinas muy relacionadas

NaNO3 isomorfo con calcita (CaCO3)

KNO3 isomorfo con aragonito (CaCO3)

Cambio en composición química en el mineral sin cambio en la estructura cristalina, dentro de límites definidos.

minerales y rocas7

MINERALES Y ROCAS

Propiedades físicas y químicas de los minerales

La forma en como los átomos e iones están enlazados, tiene un gran efecto sobre sus propiedades físicas

Propiedades físicas

1.-Dureza

2.-Clivaje

3.-Hábito

4.-Fractura

5.-Raya

6.-Brillo

7.-Color

8.-Gravedad específica y densidad

9.-Tenacidad y cohesión

9.-Electricidad y magnetísmo

minerales y rocas8

MINERALES Y ROCAS

Propiedades físicas y químicas de los minerales

Dureza

Es la resistencia que presenta a ser rayado. Un mineral posee una dureza mayor que otro, cuando el primero es capaz de rayar al segundo.

El mineralogista alemán Mohs estableció en 1822 una escala de medidas que lleva su nombre, y que se utiliza en la actualidad, en la que cada mineral puede ser rayado por los que le siguen.

Se toman 10 minerales comparativos

minerales y rocas9

MINERALES Y ROCAS

Propiedades físicas y químicas de los minerales

Clivaje

Las fuerzas que mantienen a los átomos juntos en una estructura cristalina no es necesariamente igual en todas las direcciones.

Si define planos de debilidades, el mineral tenderá a romper o quebrar o “clivar” a lo largo de planos de debilidades mucho más fácilmente que en otras direcciones.

La superficie a lo largo de lo cual el rompimiento desarrolla es conocido como plano de clivaje.

La orientación del plano es la dirección del clivaje.

Los cristales pueden tener uno, dos, tres, cuatro o seis direcciones de clivajes.

minerales y rocas10

MINERALES Y ROCAS

Propiedades físicas y químicas de los minerales

Hábito

El hábito o morfología de crecimiento de un mineral, se puede definir como la manera relativa en que se desarrollan sus caras cristalinas.

Generalmente el habito depende de los factores fisicoquímicos del medio (temperatura, presión, viscosidad, entre otras) que existen durante la formación del mineral. Por tanto, un mismo mineral puede tener distintos hábitos. Los hábitos son columnares, tabulares, en agujas, entre otros.

fluorita, pirita, diamante, metales nativos

Rombododecaédrico

granate

Cúbico

halita, galena, pirita, fluorita,

Octaédrico

turmalina, calcita, cuarzo

calcita, dolomita

Romboédrico

Trigonal columnar

minerales y rocas11

MINERALES Y ROCAS

Propiedades físicas y químicas de los minerales

Fractura

Forma de un mineral a partirse más que a lo largo de los planos de clivaje  sirve para agruparlos y ayuda a agruparlos.

Fractura puede ser:

Exfoliación: significa que el mineral se puede separar por superficies planas y paralelas a las caras reales. Ejemplos: mica, galena, fluorita y yeso.

Concoidea: muestra suaves superficies curvadas  similar pieza gruesa de vidrio.

Fibrosa o astillosa

Cortante y desigual o irregular.

Raya

Color del polvo fino que es producido cuando el mineral es raspado o friccionado sobre una pieza de porcelana.

Más diagnóstico que el color observado en grano grueso.

Minerales más blandos que porcelana dejan una raya o línea de polvo.

Minerales más oscuros hay que triturarlos.

minerales y rocas12

MINERALES Y ROCAS

Propiedades físicas y químicas de los minerales

Raya

minerales y rocas13

MINERALES Y ROCAS

Propiedades físicas y químicas de los minerales

Brillo

Forma en la cual la superficie de un mineral refleja la luz.

Calidad de la luz reflejada, está controlada por el índice de refracción y absorción de la luz y por los elementos que componen al mineral.

Tipos: mate, metálico, submetálico, no metálico: adamantino, vítreo, resinoso, nacarado, sedoso, graso

También está relacionada a los tipos de enlace.

Minerales covalentes  brillo adamantino

Minerales iónicos –> más vítreos

Color

Propiedades más obvias de los minerales  desafortunadamente no es diagnóstico.

El color puede ser el resultado de una sustancia pura o de impurezas.

Minerales más iónicamente unidos  son menos coloreados.

Gravedad específica

Relación en peso de un volumen de una sustancia al peso de igual volumen de agua.

Densidad depende de estructura interna y composición del mineral.

Peso atómico de los elementos

Empaquetamiento de los átomos en la estructura cristalina

Hematita magnetita  altas densidades debido al peso atómico del hierro

Magnetita (Fe3O4); densidad específica  5,2

Hematita (Fe2O3); densidad específica  4,9 – 5,3

minerales y rocas14

MINERALES Y ROCAS

Propiedades físicas y químicas de los minerales

Tenacidad o cohesión

Es el mayor o menor grado de resistencia que ofrece un mineral a la rotura, deformación, aplastamiento, curvatura o pulverización.

Se distinguen las siguientes clases de tenacidad:

Frágil: es el mineral que se rompe o pulveriza con facilidad. Ejemplos: cuarzo y el azufre.

Maleable: el que puede ser batido y extendido en láminas o planchas. Ejemplos: oro, plata, platino, cobre, estaño.

Dúctil: el que puede ser reducido a hilos o alambres delgados. Ejemplos: oro, plata y cobre.

Flexible: si se dobla fácilmente pero, una vez deja de recibir presión, no es capaz de recobrar su forma original. Ejemplos: yeso y talco.

Elástico: el que puede ser doblado y, una vez deja de recibir presión, recupera su forma original. Ejemplo: la mica.

Electricidad y magnetísmo

Muchos minerales conducen bien la electricidad (conductores), mientras que se oponen a su paso (aislantes). Unos pocos la conducen medianamente (semiconductores). Pero hay más comportamientos de los minerales en relación con las fuerzas electromagnéticas:

Magnetismo: consiste en atraer el hierro y sus derivados. La magnetita es un imán natural conocido desde tiempos muy remotos.

Piezoelectricidad: es la capacidad para producir corrientes eléctricas cuando se les aplica presión. Si se aplica una fuerza a las caras de un cristal, genera cargas eléctricas. Ejemplo: el cuarzo.

Piroelectricidad: se producen corrientes eléctricas en el extremo de las caras cuando el mineral se somete a un cambio de temperatura. Ejemplos: cuarzo y turmalina.

Radiactividad: es la propiedad que poseen determinados minerales para emitir partículas de forma natural y espontánea. Ejemplo: la uraninita.

minerales y rocas15

MINERALES Y ROCAS

Propiedades químicas de los minerales

1.-Elementos nativos: Cu, Au, Ag, Pt, S

2.-Sulfuros: compuestos de diversos minerales combinados con el azufre. Ejemplos: pirita (FeS2), galena (PbS), blenda (ZnS), cinabrio (HgS).

3.-Sulfosales: minerales compuestos de plomo (Pb), plata (Ag) y cobre (Cu) combinados con azufre y algún otro mineral como el arsénico (As), bismuto (Bi) o antimonio (Sb). Ejemplos: Pirargirita Ag3SbS3 , Proustita Ag3AsS3.

4.-Óxidos e hidróxidos: producto de la combinación del oxígeno y de iones hidronios (OH-) con un elemento. Ejemplos: Magnetita (Fe3O4); Hematita (Fe2O3); Goethita (FeOOH).

5.-Haluros: compuestos de un ión halógeno como el cloruro, fluoruro, yoduro o bromuro con otro elemento. Ejemplos: halita o sal común (NaCl) , silvita (KCl).

6.-Carbonatos: sales derivadas de la combinación del ácido carbónico y un metal. Ejemplos: calcita (CaCO3), magnesita (MgCO3), dolomita (Ca,Mg)2CO3.

minerales y rocas16

MINERALES Y ROCAS

Propiedades químicas de los minerales

7.-Nitratos: sales derivadas del ácido nítrico. Ejemplos: nitrato sódico (o de Chile), salitre o nitrato potásico.

8.-Boratos: constituidos por sales minerales o ésteres del ácido bórico. Ejemplos: bórax (Na2B4O7·10H2O, borato de sodio o tetraborato de sodio), rasorita (Na2B4O7·4H2O).

9.-Fosfatos, arseniatos y vanadatos: sales o ésteres del ácido fosfórico, arsénico y vanadio. Ejemplos: apatito Ca5(PO4)3(F,Cl,OH).

10.-Sulfatos: sales o ésteres del ácido sulfúrico. Ejemplos: yeso (CaSO4.2H2O), anhidrita (CaSO4), barita (BaSO4).

11.- Cromatos, volframatos y molibdatos: compuestos de cromo, molibeno o wolframio. Ejemplos: wolframita (Fe,Mn)WO4.

12.- Silicatos: sales de ácido silícico, los compuestos fundamentales de la litosfera, formando el 95% de la corteza terrestre. Ejemplos: sílice (SiO2), feldespato (KAlSi3O8) , cuarzo (SiO2), piroxeno (Ca(Mg,Fe,Al)Si2O6).

13.- Minerales radioactivos: compuestos de elementos emisores de radiación. Ejemplos: uraninita (UO2,25), torianita (ThO2), toritita ((Th,U,Ca)Ti2(O,OH)6).

minerales y rocas17

MINERALES Y ROCAS

Rocas como agregados minerales

Roca: ensamblaje sólido coherente de uno o más minerales.

Mayoría de corteza y manto compuesto de minerales silicatos

Más del 95%  elementos como Fe, Al, Mg, Ca, Na y K se combinan con Si y O.

minerales y rocas18

MINERALES Y ROCAS

Rocas como agregados minerales

Identificación de minerales en rocas presentan problemas especiales:

Minerales en rocas raramente bien desarrollados  crecen a partir de un fundido (magma) o a partir de soluciones (agua de mar)  vigorosamente compiten por espacio, o son reducidos cuando son transportados como sedimentos o deformados bajo altas P y T.

En adición muchos minerales son pequeños  lupa o microscopio.

Mayor complicación  muchos minerales tienen composición variable  sustitución iónica en estructura del mineral  color, dureza y otras propiedades físicas pueden ser variables.

minerales y rocas19

MINERALES Y ROCAS

Rocas como agregados minerales

Minerales silicatados

Minerales complejos tanto química como en estructura cristalina.

Todos contienen unidad básica llamada tetraedro silicio oxígeno  SiO4-4

minerales y rocas20

MINERALES Y ROCAS

Rocas como agregados minerales

Minerales silicatados

Nesosilicatos: SiO4-4  Mg2SiO4 (forsterita); Fe2SiO4 (fayalita)

Sorosilicatos: Si2O7-6 (no son muy comunes)

Ciclosilicatos: Si3O9-6 (berilo: Be3Al2SiO3 o Be3Al2(Si6O18))

Inosilicatos: SiO3-2 (Piroxenos  diópsido: (Ca,Mg2)Si2O6)

Filosilicatos: Si4O11-6 (Anfiboles  Ca2(Mg,Fe)5Si8O22(OH)2)

Cadena simple (Si4O11-6) y doble (Si2O5-2)

Tectosilicatos: SiO2 (Cuarzo)

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MINERALES Y ROCAS

  • Rocas como agregados minerales
    • Minerales silicatados