03. Materiales Que Conforman a La Tierra Parte I

Curso deFUNDAMENTOS DE GEOLOGAImparte:Dra. Laura Mori: [email protected]://sites.google.com/site/fundamentosdegeologialm/

3. MATERIALES QUE CONFORMANA LA TIERRA

Definicin de mineral

Un mineral es un slido natural inorgnico que presenta una estructura ordenada de tomos y una composicin qumica definida (aunque ligeramente variable). el concepto de slido excluye lquidos y gases, pues slo en el estado slido los tomos presentan una organizacin ordenada y fija.

El mercurio es la nica excepcin.3. MATERIALES QUE CONFORMAN A LA TIERRA

natural implica que los minerales se forman por procesos que ocurren en la naturaleza, y no slo en el laboratorio (gemas sintticas).Definicin de mineral

Un mineral es un slido natural inorgnico que presenta una estructura ordenada de tomos y una composicin qumica definida (aunque ligeramente variable).3. MATERIALES QUE CONFORMAN A LA TIERRA

inorgnico refleja el hecho de que todos los minerales terrestres derivan de procesos inorgnicos.Definicin de mineral

Un mineral es un slido natural inorgnico que presenta una estructura ordenada de tomos y una composicin qumica definida (aunque ligeramente variable).A pesar de que en muchos casos tiene un origen orgnico (ej: conchas fsiles), la calcita se considera un mineral, debido a que en su formacin ocurren procesos geolgicos de compresin, disolucin, compactacin y recristalizacin.

El mbar es un material orgnico que definitivamente no se considera un mineral, pues tampoco presenta un ordenamiento cristalino interno, ni una composicin qumica definida.3. MATERIALES QUE CONFORMAN A LA TIERRA

estructura ordenada: la estructura interna de los minerales consiste de patrones tridimensionales regularmente repetidos de tomos, iones, o grupos inicos, que se unen por medio de enlaces qumicos.

Los slidos que no presentan una estructura ordenada se denominan amorfos.Definicin de mineral


- aunque ligeramente variable: la mayora de los minerales presentan sustituciones qumicas en sus frmulas, y cierta variabilidad composicional, aunque las relaciones catin/anin permanecen fijas en cada especie.Cuarzo: SiO2- relacin catin (Si4+)/anin (O2-) = 1:2;- todos los cuarzos tienen esta relacin catin/anin. composicin qumica definida indica que todos los minerales tienen relaciones cationes/aniones fijas.Olivino: (Mg,Fe)2SiO4 (Mg2+,Fe2+) = 2; Si4+ = 1, O2- = 4, por lo que la relacin cationes/aniones es 2:1:4; Mg y Fe, que tienen el mismo tamao y la misma carga electrnica, pueden ocupar indistintamente el mismo sitio en la estructura del olivino.Definicin de mineral


Definicin de cristal y slido cristalino

Un cristal es un slido geomtrico delimitado por superficies planas.La forma de un cristal refleja el ordenamiento atmico interno del mineral, y por lo tanto representa su expresin externa.

Dependiendo de qu tanto la forma externa refleja el arreglo atmico interno, los cristales se describen como: euhedrales: granos minerales de una forma cristalina perfecta; subhedrales: granos minerales parcialmente delimitados por caras cristalinas perfectas; anhedrales: granos minerales que no presentan caras cristalinas perfectas.

Un slido cristalino es un slido que presenta un arreglo interno ordenado de sus tomos constituyentes, denominado red cristalina.La red cristalina es un alineamiento ordenado de tomos que presenta tres caractersticas fundamentales: es homognea (puede extenderse infinitamente); es peridica (tomos del mismo elemento se suceden a lo largo de distancias fijas);- es discontinua (presenta espacios vacos entre los tomos).3. MATERIALES QUE CONFORMAN A LA TIERRA

Cristales y simetra

Elementos de simetra reales- caras: superficies planas que delimitan el cristal;- aristas: segmentos definidos por la interseccin de dos caras; vrtices: puntos de encuentro de tres o ms aristas.

Elementos de simetra ideales- planos de simetra: dividen el cristal en dos partes especulares;- ejes de simetra: lneas que, mediante una rotacin de un ngulo (180, 120, 90, 60), provocan n repeticiones (2, 3, 4, 6) de un elemento del cristal;- centro de simetra: punto interno al cristal equidistante de los elementos reales y opuestos del cristal.

El conjunto de elementos de simetra que presenta un cristal define su grado de simetra.3. MATERIALES QUE CONFORMAN A LA TIERRA

Dependiendo de sus parmetros de red (longitud de los lados de las caras, ngulos entre las caras), medidos en un sistema de ejes cristalogrficos, los cristales se clasifican en grupos y sistemas cristalinos.Grupos cristalinosSistemas cristalinos

Monomtricoa = b = ccbico = = = 90Dimtricoa = b ctetragonal = = = 90trigonal = = 90hexagonal = = 90; = 120Trimtricoa b cortormbico = = = 90monoclnico 90; = = 90triclnico 90Formas cristalinas y su clasificacin3. MATERIALES QUE CONFORMAN A LA TIERRA

Formas cristalinas y su clasificacinfluoritazircncuarzoapatitoolivinoortoclasaplagioclasa3. MATERIALES QUE CONFORMAN A LA TIERRA

Mecanismos de identificacin de los mineralesEs posible identificar un mineral a partir de una muestra de mano, analizando y reconociendo sus propiedades fsicas diagnsticas: forma o hbito cristalino; color y raya; lustre o brillo; crucero o clivaje; fractura; dureza; peso especfico; magnetismo; radioactividad; solubilidad en cido clorhdrico...evaluacin visual

pruebas con herramientas sencillas3. MATERIALES QUE CONFORMAN A LA TIERRA

Mecanismos de identificacin de los mineralesHbito cristalinoEs la forma que asume el mineral (prismtico, columnar, acicular, tabular, laminar, fibroso, dendrtico, foliado).3. MATERIALES QUE CONFORMAN A LA TIERRA

Mecanismos de identificacin de los mineralesColorEs una propiedad evidente, pero poco fiable, pues puede cambiar fcilmente por la presencia de impurezas (iones extraos, sustituciones...).RayaEs el color del polvo de un mineral al rayarlo.3. MATERIALES QUE CONFORMAN A LA TIERRA

Mecanismos de identificacin de los mineralesLustre o brilloEs el aspecto de la luz que refleja la superficie del mineral (metlico, vtreo, adamantino, nacarado, sedoso, resinoso, grasoso).3. MATERIALES QUE CONFORMAN A LA TIERRA

Mecanismos de identificacin de los mineralesCrucero o clivajeEs la tendencia de un mineral a romperse a lo largo de planos preferenciales (planos de enlaces dbiles).Cuando los minerales se rompen en ms de una direccin, el clivaje se describe indicando el nmero de planos exhibidos, y el ngulo entre los planos.3. MATERIALES QUE CONFORMAN A LA TIERRA

Mecanismos de identificacin de los mineralesFracturaLos minerales que no exhiben clivaje cuando se rompen, exhiben una fractura denominada concoide.3. MATERIALES QUE CONFORMAN A LA TIERRA

Mecanismos de identificacin de los mineralesDurezaEs la resistencia de un mineral a la abrasin o al rayado.Se mide con la escala de Mohs.3. MATERIALES QUE CONFORMAN A LA TIERRA

Mecanismos de identificacin de los mineralesGravedad especficaEs la relacin entre el peso de un mineral y el peso de un volumen igual de agua. Esencialmente, es una medida de la densidad de un mineral, y es funcin de su composicin qumica.El peso especfico de un mineral se puede medir con precisin en un laboratorio, y se puede estimar sintiendo que tan masiva est la muestra de mano.- oro: 19.3 g/cm3; oro de los tontos (pirita): 5.01 g/cm3 cuidado!!!3. MATERIALES QUE CONFORMAN A LA TIERRA

Mecanismos de identificacin de los mineralesMagnetismoReaccin qumica con HClCaCO3 + 2HCl = CO2 + H2O + Ca2+ + 2Cl-Radioactividad3. MATERIALES QUE CONFORMAN A LA TIERRA

Mecanismos de identificacin de los minerales: otras propiedadesSaborOlorBirrefringenciaEs la propiedad de desdoblar un rayo de luz incidente en dos rayos, como si el material tuviera dos ndices de refraccin distintos.LuminiscenciaEs un proceso de emisin de luz fra que puede ser estimulado por diferentes fuentes de energa (radiacin electromagntica, reacciones qumicas).3. MATERIALES QUE CONFORMAN A LA TIERRA

Iones y estructuras cristalinas

Los iones son los constituyentes esenciales de la estructura cristalina de los minerales; sus dimensiones y arreglo espacial son los que determinan la forma de la red cristalina.3. MATERIALES QUE CONFORMAN A LA TIERRAPara garantizar la mxima estabilidad de las estructuras cristalinas, los iones tienden a organizarse de manera que cada catin est rodeado por el mayor nmero de aniones, y lo ms alejado posible de los otros cationes.En un arreglo compacto de iones representados como esferas rgidas, el nmero de aniones que rodean un catin se denomina nmero de coordinacin.A cada nmero de coordinacin corresponde un poliedro de coordinacin, cuyo centro est ocupado por el catin, y cuyos vrtices estn definidos por los aniones adyacentes.

Iones y estructuras cristalinas

El nmero de coordinacin que puede tener un catin depende de la relacin entre el radio del catin y el radio de los aniones adyacentes.3. MATERIALES QUE CONFORMAN A LA TIERRA

Elementos y sus enlaces qumicos: el cemento de las estructuras cristalinasElemento: sustancia fundamental de la materia.tomo: partcula ms pequea de la materia que presenta las propiedades qumicas de un elemento.Cada elemento presenta un nmero constante de protones en el ncleo, que define su nmero atmico. El nmero atmico es una propiedad extremadamente importante, pues determina el nmero de e- que orbitan alrededor del ncleo (anlogo al nmero de protones), la configuracin electrnica de un elemento, y sus propiedades qumicas.En la tabla peridica los elementos estn organizados con base en su nmero atmico.De consecuencia, la organizacin de los elementos en la tabla peridica refleja su estructura electrnica.La posicin de un elemento en la tabla peridica nos ayuda a predecir su comportamiento qumico.3. MATERIALES QUE CONFORMAN A LA TIERRA

Periodo: mismo nmero de capas, distinto nmero de e- en la capa ms externa;Grupo: misma configuracin electrnica en la capa ms externa.Elementos y sus enlaces qumicos: el cemento de las estructuras cristalinas3. MATERIALES QUE CONFORMAN A LA TIERRA

Para predecir el comportamiento qumico de un elemento se utilizan los conceptos de potencial de ionizacin y electronegatividad.

El potencial de ionizacin es la energa necesaria para separar el e- ms externo de un tomo. Los elementos con bajo potencial de ionizacin son los que pierden e- ms fcilmente.La electronegatividad expresa la capacidad de un tomo para atraer e- extra.

El potencial de ionizacin y la electronegatividad incrementan en la tabla peridica de abajo hacia arriba, y de izquierda a derecha: los e- en los orbitales ms internos forman una barrera que obstaculiza la atraccin entre la carga positiva nuclear y los e- ms externos, facilitando su remocin; incrementa progresivamente la carga positiva nuclear de los elementos, que atrae mayormente los e-.Elementos y sus enlaces qumicos: el cemento de las estructuras cristalinas3. MATERIALES QUE CONFORMAN A LA TIERRA

Enlace inico: se forma por la atraccin electrosttica entre un catin y un anin, formados por la transferencia de e- de un tomo a otro.Un tomo tiene una configuracin estable cuando su capa electrnica ms externa est completa.Los gases nobles son los nicos elementos que tienen la capa electrnica externa completa, y por lo tanto son inertes.Para adquirir una configuracin estable, los tomos de los otros elementos tienden a interaccionar con otros tomos, donando, aceptando, o compartiendo e-. La fuerza de atraccin que une dos o ms tomos se denomina enlace qumico.Los cristales inicos presentan las siguientes caractersticas: son frgiles a temperatura ambiente; son bastante solubles en agua; no absorben mucha luz, por lo que tienen colores transparentes y brillo vtreo.Elementos y sus enlaces qumicos: el cemento de las estructuras cristalinas3. MATERIALES QUE CONFORMAN A LA TIERRA

Un tomo tiene una configuracin estable cuando su capa electrnica ms externa est completa.Los gases nobles son los nicos elementos que tienen la capa electrnica externa completa, y por lo tanto son inertes.Para adquirir una configuracin estable, los tomos de los otros elementos tienden a interaccionar con otros tomos, donando, aceptando, o compartiendo e-. La fuerza de atraccin que une dos o ms tomos se denomina enlace qumico.Los cristales covalentes presentan las siguientes caractersticas: son muy duros; son insolubles en agua; presentan temperaturas de fusin elevadas; no absorben la luz, por lo que son transparentes, de colores claros y brillo vtreo.Enlace covalente: dos tomos comparten e- de valencia mediante una sobreposicin de sus orbitales.diamanteElementos y sus enlaces qumicos: el cemento de las estructuras cristalinas3. MATERIALES QUE CONFORMAN A LA TIERRA

Un tomo tiene una configuracin estable cuando su capa electrnica ms externa est completa.Los gases nobles son los nicos elementos que tienen la capa electrnica externa completa, y por lo tanto son inertes.Para adquirir una configuracin estable, los tomos de los otros elementos tienden a interaccionar con otros tomos, donando, aceptando, o compartiendo e-. La fuerza de atraccin que une dos o ms tomos se denomina enlace qumico.Elementos y sus enlaces qumicos: el cemento de las estructuras cristalinas3. MATERIALES QUE CONFORMAN A LA TIERRAEnlace metlicoLos elementos metlicos tienen varios e- externos que se pueden ionizar fcilmente, pues ocupan orbitales de volumen mayor y de menor densidad electrnica respecto a los ms internos.Dichos e- externos tienden a delocalizarse, orbitando alrededor de los ncleos de los diferentes tomos.Los minerales que contienen enlaces metlicos: son maleables y dctiles; son excelentes conductores trmicos y elctricos; absorben y reflejan la luz, por lo que son tpicamente opacos, con brillo metlico.

Los minerales que contienen enlaces de Van der Waals: tienen un clivaje muy bien desarrollado; son muy suaves.grafitoElementos y sus enlaces qumicos: el cemento de las estructuras cristalinas3. MATERIALES QUE CONFORMAN A LA TIERRADebido a diferencias de electronegatividad entre sus tomos, muchas molculas se encuentran ligeramente polarizadas, y el campo elctrico asociado con dichos dipolos los hace estar sujetos a fuerzas electrostticas de atraccin/repulsin.

Interacciones de Van der Waals: dos dipolos se orientan en manera que la parte elctricamente positiva de uno se acerca a la parte negativa del otro, generando una fuerza de atraccin.

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