Geologia -minerologia

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mineralogía y cristalogia

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Introducción

• Minería en Chile

• Principal actividad económica del país

Introducción

• Los minerales fueron la materia que el

hombre usó con más frecuencia

(paleolítico)

• Luego se presentó la mineralogía en el

neolítico

• Luego aparecieron las aleaciones

• Los egipcios impusieron el hierro

Plinio: El viejo

• Romano dedicado

a investigar la

naturaleza

Georgius Agricola

(George Pawer)

• Fundador de la

mineralogía moderna

• Escribió 12 vol de

“De Metales”

• Obra más importante

fue De Re Metallica

Jöns Jacob Berzelius

• Llevó a cabo la

fórmula de notación

química junto con

Dalton, Lavoisier y

Boyle

Rama de la geología que estudia las propiedades físicas y

químicas de los minerales que en encuentran en el planeta en sus

diferentes estados de agregación

Sustancia inorgánica existente en la corteza terrestre

que está formada por uno o varios elementos químicos.

• Introducción a la geología, origen y

formación de la tierra:

– Significado de geología

– Geología física

– Geología histórica

• Catatrosfismo:

– James Ussher plantea que la tierra fue

creada hace sólo 4004 a.C.

– El catastrofismo plantea que los paisajes de

la Tierra habían sido formados inicialmente

por grandes catástrofes

• Nacimiento de la geología moderna:

– Uniformismo: Pilar de la geología actual.

Establece simplemente que las leyes físicas,

químicas y biológicas que actúan hoy, lo han

hecho también en el pasado geológico.

“El presente es la clave del pasado”

– La Theory of the Heart de Hutton fue la

primera en demostrar de forma eficaz que los

procesos geológicos se producían a lo largo

de períodos extremadamente largos.

“No hay un solo paso en toda esta sucesión de

acontecimientos que no se perciba en la

actualidad”

“¿Que más podemos necesitar? Nada, salvo

tiempo”

– Se debe tener cuidado con el uniformismo ya

que en la actualidad algunos procesos

geológicos no pueden observarse en la

actualidad.

Tiempo geológico

• ¿Cómo se mide el tiempo geológico?

– Tiempo relativo: indica simplemente cuando

una roca es más vieja o joven que otra. Se

utilizan los fósiles para ordenar y

correlacionar los estratos en forma relativa

– Tiempo absoluto: es un valor numérico que

expresa la edad en número específico de

años por ejemplo 150 millones de años

• ¿Cómo se mide el tiempo absoluto?

– Usando los llamados relojes de las rocas, es

decir isótopos radiactivos (isótopos padre)

(contenidos en ciertos minerales de la roca)

que decaen espontáneamente para formar

uno nuevo (isótopo hijo): por ejemplo U-238

(padre) produce Pb 206 (hijo) o K-40 produce

Ar – 40 a una tasa o razón de decaimiento fija

• Isotopos radiactivos usados para datar

• ¿Cómo se datan las rocas?

– Datación en roca total: utiliza la composición

isotrópica promedio para todos los minerales

isotópica promedio para todos los minerales,

por lo tanto indicará la edad promedio del

conjunto de minerales

– Datación en concentrado mineral, utiliza la

composición isotópica, por lo tanto la edad

obtenido será la de ese mineral específico

• Espectrógrafo de masas:

– La muestras de prepara para ser analizadas

con un espectrómetro de masa, ese

procedimiento incluye:

• Disolución de los separados minerales

• Con tecnicas de columnas se incrementa la

concentración de Sr y Rb en la solución

• Determinar la composición isotrópica de las

muestras

• Preparar un diagrama con las curvas de

decaimiento correspondiente (isocrona)

Formación de la tierra

• Nuestro escenario empieza hace unos 12.000 a

15.000 millones de años con el Big Bang, una

explosión incomprensiblemente grande que lanzó

hacia el exterior toda la materia del universo a

velocidades increíbles. En ese momento, los restos de

la explosión, que consistían casi por completo en

hidrógeno y helio, empezaron a enfriarse y

condensarse en las primeras estrellas y galaxias. En

una de estas galaxias, la Vía Láctea, fue donde

nuestro Sistema Solar y el planeta Tierra tomaron

forma.

• La hipótesis de la nebulosa primitiva

sugiere que los cuerpos de nuestro

sSstema Solar se formaron a partir de una

enorme nube en rotación denominada

nebulosa solar

• Capas de la tierra:

– Litosfera

– Astenósfera

– Mesosfera o manto inferior

– Núcleo interno y externo

Definiciones

• Mineral

• Mineraloides

• Roca

• Átomo

• Peso atómico

Mineral

• Un mineral es una sustancia natural e

inorgánica en estado sólido, que posee una

composición química fija o variable dentro de

límites estrechos, y que además posee un

ordenamiento atómico tridimensional (red

cristalina espacial) y sistemático entre los iones,

átomos o moléculas que componen su fórmula

química. Puede ser homogéneo en su

propiedades químicas y físicas o mostrar

pequeñas variaciones sistemáticas

Mineraloide

• La materia amorfa no posee ordenamiento interno

ni cristalización, sus partículas están dispuestas al

azar (como granos de azúcar en un azucarero), no

ocupan posiciones fijas en el espacio. Las

distancias que separan una partículas de otra son

constantes

• El concepto mineraloide se ha creado para agrupar

los escasos ejemplos de sustancias líquidas o

sólidas en estado amorfo, consideradas

clásicamente como minerales. Ejemplos de ellos

son el ámbar, el ópalo, la obsidiana, la calcedonia,

la limonita y el mercurio líquido

• d

Átomo

• Se define como la unidad básica de un

elemento que puede intervenir en una

combinación química. Dalton describió un

átomo como una partícula

extremadamente pequeña e indivisible.

• Están conformadas por partículas aún

más pequeñas llamadas partículas

subatómicas: electrón, protón y neutrón.

Número atómico, número de masa e

isótopos

• Número atómico (Z): es el número de

protones en el núcleo del átomo de un

elemento

• Número de masa (A): es el número total

de neutrones y protones presentes en el

núcleo de un átomo de un elemento.

• Isótopos: átomos que tiene el mismo

número atómico pero diferente número de

masa.

Peso atómico • Por acuerdo internacional, la masa atómica (algunas veces

conocida como peso atómico) es la masa de un átomo, en

unidades de masa atómica (uma). Una unidad de masa

atómica se define como una masa exactamente igual a un

doceavo de la masa de un átomo de carbono-12. El carbono-

12 es el isotopo del carbono que tiene seis protones y seis

neutrones. Al fijar la masa del carbono-12 como 12 uma, se

tiene al átomo que se utiliza como referencia para medir la

masa atómica de los demás elementos. Por ejemplo, ciertos

experimentos han demostrado que, en promedio, un átomo

de hidrogeno tiene solo 8.400% de la masa del átomo de

carbono-12. De modo que si la masa de un átomo de

carbono-12 es exactamente de 12 uma, la masa atómica del

hidrogeno debe ser de 0.084 × 12.00 uma, es decir, 1.008

uma.

Conceptos Básicos

Cristales

• Sólido homogéneo que

posee un orden interno

tridimensional y que bajo

condiciones favorables

puede presentar caras

planas y pulidas

• Naturales o cultivados

artificialmente

• Orgánicos o inorgánicos

• Posee simetría

característica,

consecuencia del arreglo

interno de los átomos que

los forman

An investigation of the factors affecting the recovery of molybdenite in the Kennecott Utah Copper bulk flotation circuit B. Triffett *, C. Veloo, B.J.I. Adair, D. Bradshaw. Minerals Engineering 21 (2008) 832–840

• La correlación negativa de la recuperación

de Moly y los minerales de ganga (talco,

calcita, andradita y anfíbola) se explica en

este estudio, como efecto de la

contaminación cruzada del mineral de

cabeza con calizas mineralizadas.

Filas-Redes-Retículos

La construcción de Hauy

Redes de Bravais

• Unidades idénticas que se distribuyen en

los puntos de una red tridimensional de tal

manera que todos ellos tiene mismo

alrededor. La red viene definida por las

tres direcciones y las distancias según las

cuales el motivo se repite. Sólo son

posibles 14 combinaciones de puntos

llamados retículos de Bravais

14 Retículos de Bravais

• Empaquetamiento compacto: átomos en

contacto unos con otros. Puede haber una

distancia mínima dada por las nubes

electrónicas

• Parámetro de red: Es la longitud de los

lados de la celda unitaria.

• Nodos o átomos por celdas: Una celda

cuadrada, por ejemplo, poseerá un nodo

por celda ya que cada esquina la

comparte con cuatro celdas más.

Redes tridimensionales

• Según los parámetros de las celdas

unitarias se distinguen 7 sistemas

cristalinos.

• Puntos reticulares: posiciones en la celda

de los átomos o moléculas que forman el

sólido cristalino

• P: celda primitiva o simple

• F: celda centrada en las caras

• I: celda centrada en el cuerpo que tiene un

punto reticular en el centro de la celda, además

de los vértices

• C: primitiva con ejes iguales o ángulos iguales o

hexagonal doblemente centrada en el cuerpo

además de los vértices

Sistemas cristalinos

• Celda fundamental: La unidad más simple de

una red es un paralelepípedo conocido como

celda unidad

• Los átomos, iones o grupos iónicos que forman

el cristal pueden considerarse como

empaquetados o apilados según reglas

geométricas, alrededor de los nudos o puntos

que definen la red de Bravais

• Celdas primitivas: son aquellas que sólo

tienen puntos en los vértices.

• Se diferencian entre si por las longitud de

las aristas y los ángulos

• Celdas múltiples: son aquellas que tienen

puntos en el centro de las caras o en la

diagonal espacial

• Los elementos nativos no están cargados

• Los iones tiene carga eléctrica. Positivo,

cationes; negativos, aniones

• Minerales están formados por iones o grupos

de iones unidos entre si por fuerzas

eléctricas que surgen entre cuerpos

cargados con electricidad opuesta

• La distribución en el espacio de estos

iones y grupos iónicos y la naturaleza de

las fuerzas eléctricas que los mantienen

unidos forman la estructura del cristal

• Ladrillos serán los átomos, las cargas

eléctricas serán el mortero

• La celda unidad no puede ser jamás

menor que un átomo

• Numero de átomos es por lo general,

pequeño, entero o un múltiplo de la

fórmula química más sencilla

• Por ejemplo la unidad estructural del

cuarzo es SiO2, halita NaCl

• Forma externa:

– Cristales formados por una repetición

tridimensional de una celda unitaria

– Influencias internas del medio ambiente

(temperatura, presión, naturaleza de la

solución, velocidad de formación del cristal,

tensión superficial y dirección de difusión en

la solución)

Clases de simetría

• Para clasificar los cristales, se debe

sistematizar las posibles combinaciones de

elementos de simetría.

• Los ejes de rotación, planos de reflexión y

centros de inversión, establecen un total de 32

combinaciones posibles de estos elementos,

definidas como clases cristalográficas.

Elementos de simetría

• El plano de simetría, m, o de reflexión,

refleja partes, o todos, idénticos del objeto

a través de un plano.

• El eje de rotación origina una rotación al

objeto de 360º/n alrededor del eje (de

derecha a izquierda).

eje monario n=1 (360º/1=360º)

eje binario n=2 (360º/2=180º)

eje ternario n=3 (360º/3=120º)

eje cuaternario n=4 (360º/4=90º)

eje senario n=6 (360º/6=60º)

• Por su parte el centro de simetría, i, o

centro de inversión, es un elemento de

simetría puntual que invierte el objeto a

través de una línea recta.

• Grupo puntual, periodicidad por traslación

en el cristal = 32 clases cristalinas

• Periodicidad por traslación en el cristal, 32

clases cristalinas = 14 redes de Bravais

• 32 clases cristalinas + 14 redes de

Bravais = 230 grupos espaciales

• Grupos espaciales: A estos 230 modos de

repetición de motivos en el espacio, que

son compatibles con las clases cristalinas

y con las redes de Bravais, se les

denomina grupos espaciales, que

representan las diferentes formas de

adecuar la redes de Bravais con la

simetría de las estructuras

• 32 clases, 14 redes, 230 grupos

espaciales/simetría cristalina =

7 sistemas cristalinos

Galena: sistema cúbico PbS:

86% de Pb

Mena de Pb

Halita, sistema cúbico : NaCl

Na 39,3% Cl 60,7%

Fluorita: sistema cúbico , CaF2

mineral más abundante de fluor

• Cristales cúbicos,

octaédricos o de formas compuestas; masivo o granular.

Pirita

Platino

sistema cúbico

Magnetita: Fe3O4

Mena de Fe: 72,04 % de Fe

• Cúbico; cristales octaédricos, más

raro en dodecaedro,

ocasionalmente presentan caras

estriadas.

• Agregados hojosos y masas

granulares de grano grueso o

fino; los cristales incluidos en

otros minerales como ilmenita o

hematitas

Albita, NaAlSi3O8

• Triclínico, prismático o

tabular, Maclas

polisintéticas. Maclas

de Carlsbad, Baveno

y Manebach. Masas

granulares o

compactas

Aragonito: CaCO3

Ortorrómbico bipiramidal

Sistema Tetragonal

Rutilo: TiO2

Sistema Tetragonal

Zircón-ZrSiO4

Sistema Tetragonal

Calcopirita: CuFeS2

Sistemas cristalinos • Sistema cúbico: a = b = c = = = 90º

• Sistema hexagonal: a1 = a2 = a3 # c = = 90º =120º

• Sistema tetragonal: a = b # c = = = 90º

• Sistema rómboédrico*: a1 = a2 = a3 # c = = 90º =120º

• Sistema ortorrómbico: a # b # c = = = 90º

• Sistema monoclínico: a # b # c = = 90º # 90º

• Sistema triclínico: a # b # c # #

• * También se le conoce como Sistema Trigonal

Plano – Eje de orden 2

Simetría de los retículos cristalinos

Centro de inversión

Indices de Miller

• Se obtienen calculando las intersecciones (h,k,l) o número de

traslaciones, con los tres ejes fundamentales del cristal.

Posteriormente se invierten y se eliminan denominadores

Indices de Miller (hkl)

Intersecciones:

h=

k=

l = 1

Invertimos:

1/ = 0

1/ = 0

1/1 = 1

Indice (001)

El plano ABD

Deducir las intersecciones de cada

plano con los ejes cristalográficos

a, b y c.

Contar el número de traslaciones

t1, t2 y t3

que ocupa el plano sobre los ejes

2t1 en el eje a

2t2 en el eje b

4t3 en el eje c

• Los índices de Miller de c/plano se

calculan, a partir de las

intersecciones de estos con los

ejes.

• Se invierten los valores y se

eliminan las fracciones.

• El plano ABD corta a los ejes en

2, 2 y 4

Inversión:

1/2, 1/2, 1/4

Se amplifica por 4

• Índices de Miller: (221)

El plano EBD corta a los ejes en 4, 2 y

4

Su inversión es

1/4, 1/2, 1/4

Se amplifica por 4

Índices de Miller: (121)

Plano (111)