Tema 4 - Instituto de Ciencias de la Tierra

Report
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.
•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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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.
Cúbico
Romboédrico
halita, galena,
pirita, fluorita,
fluorita, pirita, Rombododecaédrico
Octaédrico diamante, metales
nativos
calcita, dolomita
Trigonal columnar
granate
turmalina, calcita, cuarzo
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:
–Raya
–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.
•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 ROCAS
•Propiedades físicas y químicas de los minerales
–Raya
Mineral
Raya
Dureza
OLIVINO
Blanca
6,5 a 7
PIROXENO
Augita
Blanca grisácea
5,5 a 6
ANFÍBOL
Horblenda
Blanca amarillenta
5,5 a 6
BIOTITA
Blanca
2,5 a 3
MOSCOVITA
Blanca
2 a 2,5
PLAGIOCLASAS
Blanca
6,5 a 6
ORTOSA
Blanca
6
CUARZO
Blanca
7
CALCITA
Blanca
3a4
YESO
Blanca
2
HALITA
Blanca
2
GRANATE
Blanca
7
DISTENA
Blanca
4a7
ESTAUROLITA
Blanca
7,5 a 7
SILLIMANITA
Blanca
6a7
ANDALUCITA
Blanca
7,5
HEMATITES
Negro metálico, rojo
5
PIRITA
Negra
6,5
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.
–Color
–Minerales covalentes  brillo adamantino
–Minerales iónicos –> más vítreos
•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 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 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 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 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 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 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 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)
MINERALES Y ROCAS
•Rocas como agregados minerales
Minerales silicatados
MINERALES Y ROCAS
•Ciclo de las rocas
MINERALES Y ROCAS
MINERALES Y ROCAS

similar documents