Los minerales

Unidad 2

1) ¿Qué es un mineral?

• Es un sólido natural, homogéneo, formado mediante un proceso inorgánico, con una composición química definida y con una organización atómica ordenada.

• ROCA: Agregados de minerales.• Rocas monominerálicas Formadas por un solo

tipo de mineral. Ej: Cuarzita (cuarzo).

• Rocas poliminerálicas Formadas por distintos tipos de minerales. Ej: Granito (cuarzo + feldespato + mica).

Materia amorfa

• Disposición espacial de átomos, moléculas o iones es desordenada.

Materia cristalina

• Las partículas constituyentes están ordenadas en el espacio según un modelo geométrico regular.

Materia cristalina Materia amorfa

Fluorita Ópalo

Cristal• Materia cristalina

• Con forma geométrica externa regular, con caras planas, pulidas y bien formadas. O

• Que posee ordenación regular interna de sus unidades elementales.

Cristal de rubí antes de ser pulido.

Propiedades de la materia cristalina

• Periódica: Se repite un mismo motivo en todo el espacio 3D ocupado por el mineral. Esto hace que las características físicas sean constantesen todo el mineral.

• Homogénea: Átomos iguales y equivalentes, tienen a su alrededor entornos iguales.

• Anisótropa: Dependiendo de la dirección del espacio considerada, las distancias entre 2 átomos varían Algunas propiedades de la materia cristalina variarán según la dirección.

• Simétrica: Cualquier nudo reticular puede transformarse en otro idéntico a él, mediante diversas operaciones de simetría.

La distribución ordenada y regular de los átomos en la estructura cristalina de los minerales, se pone de manifiesto en muchas propiedades de éstos: dureza, forma externa, fractura…

Para determinar la estructura de los cristales, se utilizan equipos de difracción de rayos X.

Ordenación regular de unidades elementales

Estructura de los minerales

• Bravais demostró en 1850 que sólo hay 14 posibilidades de formar redes cristalinas:

• Redes del sistema cúbico.

• Redes del sistema rómbico

• Redes del sistema tetragonal

• Redes del sistema monoclínico

• Redes del sistema triclínico

• Redes del sistema hexagonalCeldilla unidad

Redes de Bravais

2) Cristalogénesis

• Es el conjunto de procesos que conducen a la formación de la materia cristalina (= formación de minerales).

• Según las condiciones físico-químicas reinantes en cada momento (ppalmente presión y temperatura) , se formarán unos minerales u otros.

Potencial químico

• Es la medida de la energía por unidad de moles de una sustancia en un sistema dado.

• ↑ potencial químico ↑ energía/mol

• Propiedades del potencial químico:

– Un componente emigra de una fase de + PQ a – PQ, favoreciéndose la cristalización.

– El PQ aumenta con la concentración.

– PQ es mayor en granos de tamaño pequeño.

– En los gases, el PQ aumenta al aumentar su presión parcial.

Cristalización

• Es el resultado de la ordenación espacial de los motivos estructurales de un mineral, a partir de materiales que se reestructurarán por efecto de factores físico-químicos del medio (Tra, presión, viscosidad…).

• Los cristales se forman a partir de núcleos de cristalización.

Relación velocidad de enfriamiento / Tamaño de los granos

• En un enfriamiento débil se forman pocos núcleos. Resultado: Se forman pocos cristales, pero muy grandes.

• En un enfriamiento rápido, se forman muchos núcleos. Sin embargo, los cristales crecerán poco. Resultado: Muchos cristales, pero tamaño pequeño.

• En las rocas filonianas (pegmatitas), resultan rocas con cristales de extraordinario tamaño.

• La materia amorfa se forma cuando el enfriamiento es tan rápido, que los iones no tienen tiempo ni posibilidad de ordenarse entre sí para formar los retículos cristalino.

Crecimiento de los cristales

• Los núcleos de cristalización crecen por asimilación del material aún no cristalizado y por crecimiento conjunto de núcleos pequeños de gran potencial químico.

• Las caras de un cristal crecen a distinta velocidad, dependiendo de la fortaleza de los enlaces químicos que establece el cristal y las partículas que lo alcanzan.

• La forma de los cristales depende en gran parte de la velocidad de crecimiento de las caras.

• Cuando se producen desviaciones en la ordenación regular de las partículas del cristal, se forman defectos o imperfecciones. Alrededor de ellos existe mayor actividad química (crecimiento, disolución…)

Factores que influyen en la cristalización

• Tiempo y tranquilidad (+) ↑ tamaño

• EspacioSe produce un crecimiento completamente regular en aquellos

lugares sin obstáculos que se opongan a su crecimiento.

• Cantidad de materia (+) ↑ tamaño

• ImpurezasLa presencia de partículas extrañas cesan la cristalización o la

hace más lenta.

Hábito (caras del cristal)

• Aspecto macroscópico de un mineral. Está influenciado por factores externos y por su estructura cristalina.

• Se usa para designar su aspecto general. Ej: cúbico, prismático, tubular, laminar…

• El hábito de un mismo mineral puede variar según– Velocidad de cristalización– Viscosidad del medio– Presión– Temperatura– Impurezas

Hábito prismático

• Turmalina

Hábito acicular

Natrolina

Fluorita en forma de octaedro

Recristalización

• Cuando las condiciones físico-químicas en las que se formó un determinado mineral cambian, se produce el fenómeno de la recristalización y aparecen nuevos minerales, estables en las nuevas condiciones ambientales, aunque manteniendo siempre su estado sólido.

• Formación de nuevas estructuras minerales a partir de una fase de solución o por recrecimiento de las estructuras cristalinas ya existentes.

Factores que influyen en la recristalización

1) Presión

2) Temperatura

3) Otros:

- Presencia de agua.

- Tamaño y forma de orificios en las rocas.

- Tamaño de los cristales …

Propiedades físicas de los minerales

• Propiedades mecánicas

– Dureza

– Exfoliación y fractura

• Propiedades ópticas

– Isotropía y anisotropía

– Color y raya

– Brillo

• P. eléctricas y magnéticas

Propiedades vectoriales:

Dependen de la direccióncristalográfica. (Anisotropía)

Esclerómetro (mide dureza)

Escala de Mohs

Escala de Mohs

Diferencia exfoliación / fractura

• EXFOLIACIÓN

• Fracturas que conservan caras planas.

Ej: Mica se exfolia en láminas; la galena en cubos.

La exfoliación es un reflejo de laestructura interna.

(No todos los enlaces tienen la misma fortaleza).

• FRACTURA

• Roturas irregulares

Exfoliación

• Mica • Galena

Isotropía / Anisotropía

• La velocidad de la

luz es igual en todas

las direcciones.

• Sólo tiene un índice de

refracción: (1 - …)

V luz vacío

V luz cristal

(Monorrefringencia)

• La velocidad de la

luz varía según la

dirección de

vibración.

• Un rayo de luz en un cristal

anisótopo se desdobla en 2

rayos, que llevan distinta

velocidad. (Birrefringencia)

(Diferencia entre los 2

índices de refracción)

Color y raya

Color: Es el tipo de luz que refleja cuando es iluminado con luz blanca.

El color puede depender de:

Composición química

Estructura

Tipo de enlace

Impurezas

Algunos minerales presentan un color constante (ej: azufre, grafito…) y otros, variable (fluorita, cuarzo…)

Raya: Es el color del polvillo que se produce al rayar un mineral (no siempre coincide con el de la superficie del mineral).

El color de la raya es generalmente constante.

Brillo

• Es el aspecto o la luz reflejada de la superficie de un mineral y se pueden clasificar en:

• Brillo metálico: Como la pirita y magnetita• Brillo no metálico: este se clasifica en

– Vítreo: brillo del cristal o del cuarzo– Adamantino: sumamente brillante y con elevado índice de refracción

como el diamante– Resinoso: brillo o apariencia de resina como la esfalerita– Graso: apariencia de una superficie aceitada como el nefelino– Perlado: similar a el brillo de una perla como el talco– Sedoso: presenta visos ondulantes como la seda natural como la

calcita fibrosa– Mate o terroso: sin brillo como la Creta y el caolín

Propiedades magnéticas

Todos los minerales resultan afectados por un campo magnético.

Minerales diamagnéticos: Son repelidos ligeramente.

Paramagnéticos: Son atraídos ligeramente.

Ferromagnéticos: Son atraídos muy fuertemente por un imán.

Propiedades eléctricas

La existencia de imperfecciones en los cristales confiere ciertas propiedades.

Los materiales semiconductores conducen la electricidad. Se caracterizan por presentar elementos químicos extraños dentro de los cristales. Ej SILICIO

Otras propiedades

• Propiedades escalares (sólo dependen de la temperatura y

presión, no de las direcciones)

– Peso específico

– Punto de fusión

• Prop. físicas dependientes de heterogeneidades dentro del cristal.

– Luminiscencia (fluorescencia / fosforescencia)

Peso específico

Es la relación entre la densidad de una sustancia y la densidad del agua (un nº sin unidades).

Pe= Densidad mineral / Densidad agua

La densidad de una sustancia depende de:

- Su estructura cristalina.

- Su composición química.

- Temperatura y presión (expansión – contracción)

Punto de fusión

Es la temperatura a partir de la cual se produce la fusión del mineral.

Depende de:

- La estructura

- La presión

- Presencia de impurezas. (Ej: La sal disminuye el punto de

fusión de la nieve).

Luminiscencia

• Fluorescencia

• La emisión de luz tiene

lugar durante la

excitación.

• Fosforescencia

• La luz continúa

brillando después de

que la irradiación ha

concluido.

Emisión de luz de menor frecuencia que la absorbida.Emisión de luz de menor frecuencia que la absorbida.

Cristalización artificial

El hombre es capaz de imitar las condiciones físico-químicas al las cuales se produce la cristalización para obtener cristales sintéticos.

También puede aprovechar el mismo proceso de cristalización (=tendencia a formar cristales) para purificar muchas sustancias cristalinas.

4) Ambientes y procesos petrogenéticos

Ambiente petrogenético: Ambiente de formación de rocas y minerales.

• A. petrogenéticos internos

• A. petrogenéticos externos

• A. P. Sedimentarios

• A. P. Metamórficos (↑ Presión y/o ↑ temperatura sin

fusión)

• A.P. Magmáticos

Ciclo de las rocas

= Ciclo geológico: Conjunto de procesos que conducen a la formación de rocas estables.

(ROCA = Agregado de minerales en equilibrio)

Un determinado tipo de roca puede transformarse en otro tipo de roca estable en las nuevas condiciones.

El equilibrio de los minerales que forman una roca, puede romperse cuando llegan sustancias que produzcan variaciones en la composición química, o hagan variar de forma importante la temperatura o presión.

Un determinado tipo de roca puede transformarse en otro tipo de roca estable en las nuevas condiciones, mediante los procesos geológicos correspondientes.

CICLO DE LAS ROCAS

Ciclo de las rocas(no es unidireccional !!)

Procesos geológicos implicados en el ciclo de las rocas:• Sedimentogénesis: Las rocas de la superficie son

sometidas a procesos de erosión + transporte + sedimentación.

• Diagénesis: Conjunto de procesos que tienden a la formación de una roca sedimentaria a ↓ Tra y ↓ presión.

• Epigénesis: Conjunto de procesos (a ↓ Tra y ↓ presión) que afectan a las rocas sedimentarias tras la diagénesis y la transforman en otra roca sedimentaria distinta.

• Rocas sometidas a un aumento de presión y Tra

(sin llegar a fundirse), sufren procesos de deformación, recristalización y cristalización; transformándose en rocas metamórficas.

• Rocas sometidas a ↑ presión ↑ Tra (fusión)originan magmas, que al solidificar formarán rocas magmáticas.

– R. Plutónicas y filonianas (solidifican a cierta profundidad).

– R. Volcánicas (solidifican en superficie).