Silicatos-2005

Sofìa Romero Vargas (Nov/ 2005)

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SSiilliiccaattooss RReessuummeenn

Más del 90% de los minerales existentes en la corteza terrestre.

De acuerdo con su organización interna, sus minerales puede ser: pegmatitas, rocas meteorizadas, rocas ígneas, metamórficas y sedimentarias.

Fuente de alimento por medio de las plantas, materiales de construcción, y cerámicos

El anión y unidad fundamental es (SiO4)4- y el catión es uno o más iones metálicos. Unidos por enlaces 50%

iónicos y 50% covalentes.

Puentes de oxígeno – Cuando las carga negativas sirven de puentes intermoleculares; si el número de puentes de oxígeno se incrementa, se dice que las moléculas se están polimerizando.

La polimerización de la unidad fundamental da origen a estructuras llamadas: neso-, orto-, seno- , di-, ciclo-, filo-,

ino- y tectosilicatos. • Sorosilicatos - pares de tetraedros: [Si2O7]. Ej: epidota. • Ciclosilicatos - anillos de tetraedros de [SiO4]4-: [Si3O9]6-, [Si4O12]8-, [Si6O18]12-. Ej: berilo Be3Al2[Si6O18]. • Inosilicatos - cadenas simples (Ej. Piroxenos) o cadenas dobles (Ej. Anfìboles) de tetraedros de [SiO4]4-: • Filosilicatos - placas de tetraedros de [SiO4]4-. Ej: caolinita, talco. • Silicatos - estructuras tetraédricas tridimensionales. Ej: feldespatos y los feldespatoides.

Frecuente sustitución de Si4+ por Al3+, en la mayoría de los minerales silicatos, entrelazandose tetraedros de SiO4 y

AlO3.


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DDeessaarrrroolllloo:: (1) Nesosilicatos. - Tetraedros SiO4 independientes, unidos por O2- en enlaces iónicos. - Estructuras con empaquetamiento atómico generalmente denso, por lo tanto minerales con densidad y dureza elevadas. - Hábito cristalino generalmente equidimensional y no existen direcciones pronuncias de exfoliación. - Pobre sustitución de Al3+ Nesosilicato Características

Olivino CaO- MgO- FeO- SiO2. La serie barca de la forsterita (Mg2 SiO4) a la fayerita (Fe2 SiO4), en el medio se presentan sustituciones de Mn2+ por Fe2+ dando por ej. tefroita (Mn2SiO4). Lo anterior hace variar el color (obscuros) y densidad (alta).

Granate

A3B2(SiO4 )3. A - cationes divalentes de gran tamaño (Ej. Ca2+, Mg2+, Fe2+, Mn2+) B - cationes trivalentes pequeños (Al3+, Fe3+ y Cr3+) Subgrupo Ugrandita → el más común es la “andradita (Ca3Fe3+

2)”; colores verde oscuro pasando por cafés. Subgrupo Piralespita → Ca en A no existe y B es Al Hidro-granates -Se sustituye algunos SiO4 por grupos de (OH)4.

Circón (SiO4)Zr. Se utiliza como gema por su semejanza con el diamante en color y brillo.

Al3 SiO5

Polimorfo localizados en rocas metamórficas: Andalucita - Gran dureza, C.U ortorrómbica. Silimanita. C.U ortorrómbica, larga y delgada. Cianita.- C.U triclínica con cristales tabulares. Topacio (Al2SiO4(F.OH)2) C.U ortorrómbica, con cristales prismáticos terminados en bipirámide, se usa como gema por sus diversos colores y dureza.

Humanita

Noribergita Mg3(SiO4)(F,OH)2 Condrodita Mg5(SiO4)2(F, OH)2 Humita Mg7(SiO4)3(F, OH)2 Clinohumanita Mg9(SiO4)4(F, OH)2

(2) Sorosilicatos.

- Formados por grupos tetraédricos dobles SiO4, compartiendo un oxigeno, la proporción Si-O es 7:2. - Se conocen 6 grupos, siendo los más importantes:

Sorosilicato Características

Epidota

Estructura con tetraedros dobles + tetraedros independientes. Contienen ortosilicatos AlO6 y AlO4(OH)2 compartidos en dirección de un eje. Cadenas enlazadas por grupos independientes SiO4 y Si2O7. El Ca tiene C.N irregular = 8 con el O. La porción del Ca2+ puede sustituirse en parte por Na+. La posición octaédrica exterior a las cadenas puede contener Mn3+,Mn2+, Al o Fe3+. C.U = monoclínica u ortorrómbica, alargados en b Utilizada en algunas ocasiones como gema.

Idocrasa

(Ca10(Mg,Fe)2Al4(SiO4)5(Si2O7)2(OH)4. Pobre sustitución de Na por C; Mn2+ y Ti por Al; F por OH. Estructura similar a granate grosularita. Los tetraedros SiO4 y los grupos Si2O7, se presentan aislados. 3/4 partes del Ca tienen C.N = 8 y ¼ parte C.N = 6 con el O. El Al y Fe y Mg presentan C.N = 8 con O. C.U = tetragonal. Uso reducido, como jade, o piedra preciosa.

(3) Ciclosilicatos. - Formados por anillos de tetraedros SiO4 enlazados, con una relación Si:O =1:3, - Exhiben 3 posibles configuraciones clínicas cerradas:


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Ciclosilicato Características Anillo Si3O9 Representada por el titanio-silicato Anillo.Si4O12 Representado por la pagodita (Ca2Cu2Al2Si4O12(OH)6)

Anillo Si6O18 (polar)

Base para las estructuras del berilo (Be3Al2Si6O18). Capas de iones Be y Al entre capas de anillos. El Be con coordinación 4 y el Al con coordinación 6 conectan las capas conjuntamente vertical y horizontalmente. Los anillos están superpuestos en las hojas, coincidiendo los orificios centrales, formando canales bien definidos paralelos al eje c, en los que pueden retenerse una variedad de iones, átomos neutros y moléculas [(OH)-, H2O, F, He y iones de Rb, Cs, Na y K] C.U hexagonal, cristales de gran tamaño. Diversidad de colores, azul aguamarina, ’morganita’, rosa y dorado. Se emplea como piedra preciosa “esmeralda” y para extraer Be metalico. Corderita ((Mofé)2Al4Si6O18*nH2O). C.U = ortorrómbica, ricas en Mg, contiene gran cantidad de H2O y pequeñas cantidades de Ca y K. Si se forma a baja temperatura “cordierita-baja” y formada a alta temperatura “indianita” con distribución aleatoria de Al en el anillo (Al,Si)6O18. Cuando es transparente es conocida como “zafiro de agua”, empleada como gema. Turmalina (Na,Ca)(Li,Mg,Al)((Al,Fe,Mn)6(BeO3)(Si6O18)(OH)4 alrededor de su centro alternan Na+ y OH-. Intercalados con los anillos están las láminas del grupo BeO3 triangulares. Los grupos octaédricos (Li,Mg,Al)O4(OH)2 enlazan conjuntamente los anillos Si6O18 y los grupos BO3. Las columnas de anillos Si6O18 se conectan por grupos (Al,Fe,Mn)O5(OH). C.U = hexagonal. Es un silicato complejo de Be y Al, con posibles sustituciones Ca por Na, en los centros de los canales anulares, Mg y Al por Li entre los grupos BO3 y los anillos Si6O18. Variación de color según la composición: negra (Fe en exceso), parda (Mg) y diversos colores tenues (Va y Ca). Utilizada como gema.

Ciclocilicato Diversos tipos de turmalina

(4) Inosilicatos. - Tetraedros de SiO4 enlazados formando cadenas al compartir 2 de los 4 oxígenos con los tetraedros adyacentes, dando una relación Si:O =1:3 - Las cadenas sencillas se unen lateralmente compartiendo 2 o 3 de los 4 O para formar bandas o cadenas dobles; con lo cual la relación es Si: O = 4:11. - Los 2 grupos más importantes son: Inosilicatos Características

Piroxenos

(XYZ2O6) – C.U monoclínica de cadena, donde: X = Na+, Ca2+, Mn2+, Fe2+, Mg2+ y Li+ en la posición cristalográfica M2. Los cationes X son generalmente > Y. Y = Mn2+, Fe2+, Al3+, Cr3+ y Ti4+ en la posición M1 Z = Si4+ y Al3+ en las posiciones tetraédricas de la cadena. M1 = Posición catiónica en octaedro relativamente regular, pero especialmente en los piroxenos

monoclínicos. Los cationes están coordinados por los oxígenos de dos cadenas opuestas SiO3, produciendo así una banda tetraedro-octaedro-tetraedro (‘t-o-t).

M2 = Posición catiónica en poliedro irregular de coordinación 8. La coordinación de estos cationes, enlaza de forma cruzada varias bandas t-o-t.


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Inosilicatos Características

Se dividen en subgrupos dentro del sistema químico CaSiO3 - MgSiO3 - FeSiO3.

Anfíboles

[W0-1X2Y5Z8O22(OH,F)2]. Compuesto por 2 cadenas dirigidas paralelamente al eje C. Presenta radicales (OH); propiciando índices de refracción ligeramente mayores que los piroxenos. En su mayoría C.U = monoclínicas y algunas ortorrómbicas; donde: W = Na+ y K+ en la posición A. C.N = 10 a 12 con el O y OH X = Ca2+, Na+, Mn2+, Fe2+, Mg2+ y Li+ en las posiciones M4. C.N = 6 a 8 Y = Mn2+, Fe2+, Mg2+, Fe3+, Al3+ y Ti4+ en las posiciones M1,M2 y M3 o de octaédro. M1 y M3 tienen

C.N = 4 con O y C.N = con OH y F; mientras que M2 presentea C.N = 6 con O Las bandas ‘t-o-t’ son aproximadamente el doble de ancho (en la dirección b) que las equivalentes t-o-t de los piroxenos.

Z = Si4+ y Al3+ en las posiciones tetraédricas Puede presentarse diversidad de sustituciones iónicas:

• Completa entre Na y Ca y entre Mg, Fe2+ y Mn2+ • Limitada entre Fe3+ y Al y entre Ti e iones de tipo Y • Parcial de Al por Si en las posiciones tetraédricas de las cadenas dobles o de F y O por OH en

las posiciones hidroxílicas.

PIROXENOS comunes Serie Enstatita-Ortoferrosilita

Enstatita Hiperestena Pigeonita Ortoferrosilita

MgSiO3 (Mg,Fe)SiO3 Ca0O25(Mg,Fe)1.75Si2O6 Fe2Si2O6

Serie Diópsido-Hedenbergita Diópsido Hedenbergita Augita

CaMgSi2O6 CaFeSi2O6 XY(Z2O6)

Grupo del piroxeno sódico Jadeita Egirina Espodumena

NaAlSi2O6 NaFe3+Si2O6 LiAlSi2O6

Anfìbol


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La egirina y la augita forman una serie completa de soluciones sólidas. La onfacita, a su vez, representa una serie completa de soluciones sólidas entre la augita, la egirina y la jadeita.

(5) Filosilicatos. - Estructura en hojas de tetraedros de SiO4 (flexibles e incluso elásticas) y una dirección de exfoliación dominante. - Son blandos, de densidad baja. En cada hoja, 3 de los 4 oxígenos de SiO4 están compartidos con tetraedros vecinos, resultando una relación Si:O =2:5. - En su mayoría son portadores de (OH)- localizados en el centro de los anillos senarios de tetraedros, a la misma altura que los oxígenos de los vértices no compartidos en los tetraedros SiO4. - Sus grupos se diferencian por la importancia de las sustituciones y la manera de estar sobrepuestas las capas octaédricas y tetraédricas según c. - En su mayoría poseen C.U monoclínicas, algunos triclínicas, y muy pocos ortorrómbicas o trigonales. - Gran importancia geológica, muy abundantes en las rocas ígneas.

Grupo Filosilicato Estructura

Brucita o gibbisita

Los cationes de la capa octaédrica son: divalentes: Mg2+, Mg3* Si2O7(OH)/(OH)3

Cloritas

La fórmula general es: (Mg,Fe2+,Fe3+, Al3)(Al,Si)4O10(OH)2- (Mg,Fe2+,Fe3+,Al)3(OH)6 C.U monoclínicas, con algunos polimorfos triclínicos, baja dureza y pequeña densidad. Cristales pseudo hexagonales. Color verde. No se ha encontrado alguna aplicación. El Mg puede ser sustituido por Al, Fe+2, Fe+3, Ni, Fe3+ y Cr3+ en posiciones octaédricas en las capas de talco o en las hojas de brucita, y el Si puede ser sustituido por Al en las posiciones tetraédricas. Muy individualizadas en el aspecto cristalográfico. Según su composición química. Se clasifican en: Orticloritas - Ricas en Mg se denominan ortocloritas. Aluminoferrosilicatos o leptocloritas - Ricas en Fe y de composición inconstante. Si4O10Mg3(OH)2Mg3(OH)6 Capas dobles tipo talco, intensificadas con hojas simples octaédricas de brucita.

Vermiculita y montmorillonita

Estructura del talco. Capacidad única de incharse, debido a la retención de cantidades variables de agua. Presencia de iones intercambiable entre capas de moléculas de H2O. Ej: Mg3(Si,Al)4(OH)2*4.5H2O [Mg]0.35, donde [Mg] son iones intercambiables.

Serpentina

Mg3Si2O5(OH)4 – mineral trimorfo con distorsiones de distancia de enlace, compensado por flexiones. Antigorita y lizardita (Variedades aplanadas macizas de grano fino, enlace discontínuo por medio de pliegue) Crisotilo (Variedad fibrosa, enlace continuo en tubos cilíndricos). Cristalizan en C.U monoclínicas.

Arcillas

Material de grano fino, terroso, que se hace plástico al ser mezclado con H2O. Capas alternas de cationes: tetraédrica (‘t’) y octaédrica (‘o’) eléctricamente neutras, enlazadas entre sí por fuerzas de Van der Walls. Ej: Caolinita, caolín o tierra de porcelana (Al2SiO5(OH)4) brillo y color blanco, empleada en la elaboración de vajillas y refractarios. Talco o profilita (Mg3Si4O10(OH)2 C.U monoclínica, color casi blanco, micáceo, con textura grasa. Se utiliza en pintura y cerámica. Estructura de brucita, remplazando 2 grupos (OH). Antagorita

Micas

Forman capas en sandwich t-o-t con cationes entre las capas y escaso o nulo intercambio de H2O, C.U monoclínica, con β ≈ 90°. Cristales tabulares con planos basales y forma de ortorrombica o hexagonal. Dos miembros pueden cristalizar juntos, ej: moscovita y la biotita. Moscovita KAl2(AlSi3O10)(OH)2 - C.U monoclínica, rara aparición de cristales (en forma de escamas). Color claro, propiedades dieléctricas y resistencia al calor (utilizada en aparatos eléctricos) Biotita K(Mg,Fe2+)(Al,Fe3+) Si3O10(OH,F)2 – C.U monoclínica, color verde oscuro, de pardo a negro, cristales en escamas o tabletas Flogopita KMg3(AlSi3O10)(OH)2 - gran dureza. Otras - granitos, dioritas, gabros, sienitas etc.. Se emplean como aislantes.


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Crisolito (verde, fibroso y cáncerígeno) Micas

(6) Tectosilicatos - Armazón tridimensional de tetraedros SiO4, con todos los oxígenos del tetraedro compartidos formando estructuras muy fuertes, relación Si:O es 1:2.

Tectosilicatos Caracteristicas y/o ejemplos

SiO2

SiO2, es eléctricamente neutro, pero se agrupa en 9 polimorfos ≠, 1 de ellos sintético. C/u presenta su grupo espacial, dimensiones de celda, morfología y energía reticular particular. Las consideraciones energéticas determinan el polimorfo. Las formas de T de formación más elevada y con mayor energía reticular poseen estructuras más dilatadas, menor densidad y menor índice de refracción. Las inversiones de estructura son rápidas y reversibles a una T definida y pueden ser repetidas infinidad de veces sin desintegración física del cristal. Ej: Cuarzo, tridimmina, cristobalita (c/u con inversión alta-baja)→ SiO2 Ópalo → SiO2*nH2O El cuarzo es el componente fundamental de muchos tipos de rocas: ígneas ácidas, sedimentarias y metamórficas. Muy utilizado en la industria óptica, en aparatos de precisión y científicos, osciladores de radio, como arena en morteros de hormigón, como polvo en porcelanas, pinturas, papel de esmeril, pastillas abrasivas y como relleno de madera. Sus variedades coloreadas son muy cotizadas en joyería.

Feldespato

XZ4O8 con: X: Ba, Ca, K, Na, NH4, Sr; Z: Al, B, Si. Minerales más abundantes de la corteza terrestre, con esqueleto de tetraedros SiO4

- y AlO4- con

iones de K, Na o Ca. Sus subgrupos los forman soluciones sólidas de 3 compuestos ideales: ortoclasa (KAlSi3O8), albita (NaAlSi3O8) y anortita (CaAl2Si2O8). El Na y K sólo son intercambiables hasta cierto límite. La albita y la anortita forman una serie continua de minerales conocidos como plagioclasa, formada por: anortita, byotownita, labradorita, andesita, oligoclasa y albita. Microclima (KAlSi3O6) C.U triclínica, con cristales muy parecidos a la ortoclasa; algunas laminillas se cruzan a casi 90° dando una estructura de tratan característica. Color verde fuerte, se emplea en la fabricación de porcelanas, para elaborar los esmaltes y en la fabricación de vidrios. Es también feldespatos potásicos, los otras 2 formas de dicha composición mineral son: ortosa, sanidina. Sanidita. C.U monoclínica, cristales tabulares, es incoloro y transparente. Estructura de distribución desordenada. Ortoclasa. C.U monoclínica, cristales alargados y aplastados, color claro: gris, blanco y raras veces amarillo. Se emplea en cerámica, fabricación de porcelanas y vidrio. Albita. NaAlSi3O8 y Anortita CaAl2Si2O8 C.U triclínica, cristales en forma de tablillas paralelas; alargados en la anortita. Colores de ambos son claros. La albita se utiliza en cerámica, la labradorita y la anortita se utilizan como adorno.

Feldespa-toides

Son silicatos anhidros, químicamente similares a los feldespatos, pero con menor contenido en Si (~1/3 menos). Estructuras muy relacionadas con las de los feldespatos, sin embargo, forman cavidades estructurales mayores, debidos a enlaces tetraédricos de 4 y 6 miembros, por lo que tienen la facultad para contener aniones extraños, como Cl en la sodalita, CO3 en la carnotita, SO4 en la noseana y SO4, S y Cl en la lazurita.

Leucita → KalSi2O6 Nefelita → (Na,K)AlSiO4 Lazurita → (Na,Ca)8(AlSiO4)6(SO4,S,Cl2) Petalita → LiAlSi4O10 Sodalita → Na8(AlSiO4)Cl2. C.U cúbica, color azul y raras veces rosado. Utilizado como piedra ornamental.


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Tectosilicatos Caracteristicas y/o ejemplos

Escapolitas

Existe una serie completa de soluciones sólidas entre la marialita 3NaAlSi3O8*NaCl y la meionita 3CaAl2Si2O8*CaSO4 o CaCO3, con diversa cantidad de sustitución de Na por Ca con compensación de carga efectuada por sustitución de Si por Al. Ej: Marialita → Na4(AlSi3O8)3(Cl2,CO3,SO4) Meionita → Ca4(Al2Si3O8)3(Cl2,CO3,SO4) Analclima → NaAlSi2O6*H2O. C.U cúbica, cristales en forma de trapezoides; color blanco a transparente.

Zeolitas

Armazones de AlO4 y SiO4 muy abiertos, con grandes espacios de interconexión o canales, que retienen iones de Na, Ca, K o H2O. Se emplea como desecante en hidrocarburos y como elementos tamizadores moleculares, por sus propiedades de intercambio catiónico, también se empleán para ablandar el agua (rebajando el contenido en Ca2+). Ej: Natrolita → Na2Al2Si3O10*2H2O Chabazita → CaAl2Si4O12*6H2O Heulandita → CaAl2Si7O18*6H2O Estilbita NaCa2Al3Si13O36*14H2O. C.U monoclínica, con cristales tabulares, color blanco, y raras veces amarillo.

Cuarzos

Microclima Ortoclasa

Bibliografía.

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