Volcanoes and Igneous Activity Earth - Chapter...

Tema 8 Mineralogía Sistemática

Existen descritos más de 3500 especies minerales (sin incluir variedades)

Sin embargo, solo unos cuantos son importantes en cuanto a su frecuencia

Otros muchos son importantes desde

diversos puntos de vista (economía,

tecnología, propiedades, etc.)

Minerales

Grupos Minerales

Elementos nativos

Óxidos e hidróxidos

Haluros

Sulfuros

Carbonatos

Sulfatos

Silicatos

Otros (fosfatos, vanadatos, molibdatos, wolframatos,…)

Tetraedro de Silicio: SiO4 (carga neta: -4)

Poliedro de coordinación

Ordenamiento de átomos de O alrededor

de un átomo de Si

Silicio (Si+4)

Oxígeno (O-2)

Oxígeno compartido (OC)

• Las estructuras de los

silicatos se caracterizan por

el número de OC’s por cada

átomo de Si.

•Cuanto mayor sea OC/Si,

más compleja y

polimerizada estará

Estructura del Olivino (Mg,Fe)2SiO4

A B

Oxígeno Ión Positivo

etc. etc. etc.

Silicio +

2 +

2 +

+

2 +

2 +

2 +

2

2

+

2 +

2 +

+

2 +

2 +

2 +

2

2

Modelos Estructurales de Silicatos en Cadena: Piroxenos

Oxígeno

etc. etc. etc.

Silicio

Ión positivo

etc. etc. etc.

2 +

2 +

+

2 +

2 +

2 +

2

2 +

2 +

2 +

+

2 +

2 +

2 +

2

2 +

Oxígeno Ión positivo

etc. etc. etc.

2 +

2 +

+

2 +

2 +

2 +

2

2 +

Silicio

2 +

2 +

+

2 +

2 +

2 +

2

2 +

Poliedros de Coordinación

Abundancia de Silicatos

Estructuras Minerales

[SiO4]4- Tetraedros independientes

Nesosilicatos (Ejemplos: olivino, granates)

[Si2O7]6- Tetraedros dobles Sorosilicatos

(Ejemplos: lawsonita)

n[SiO3]2- n = 3, 4, 6

Ciclosilicatos (Ejemplos: benitoita

BaTi[Si3O9], axinita Ca3Al2BO3[Si4O12]OH, berilo

Be3Al2[Si6O18])

[SiO3]2- Cadenas de tetraedros simples

[Si4O11]4- Cadenas de tetraedros dobles

Inosilicatos (Ejemplos: piroxenos, piroxenoides, anfíboles)


[Si2O5]2- Capas de tetraedros

Filosilicatos (micas, talco, minerales de la arcilla, serpentina)


[SiO2] Estructuras 3-D de tetraedros completamente polimerizados

Tectosilicatos (Ejemplos: cuarzo, feldespatos, feldespatoides,

zeolitas)

Cuarzo-alfa


Nesosilicatos:

tetraedros de SiO4

independientes


Nesosilicatos

Olivino (100) azul = M1 amarillo = M2

b

c

proyección


b

c

perspectiva

Nesosilicatos


b

a

Nesosilicatos


b

c

M1 y M2 como poliedros

Nesosilicatos

Olivino: Principalmante en rocas ígneas máficas y

ultramáficas

Fayalita en BIF’s metamorfizados y algunos granitoides alcalinos

Forsterita en mármoles dolomíticos impuros

Nesosilicatos

Granate (001) azul = Si lila = A cyan = B

Granates: A2+3 B

3+2 [SiO4]3

“Piralspitas” - B = Al

Piropo: Mg3 Al2 [SiO4]3

Almandino: Fe3 Al2 [SiO4]3

Espesartina: Mn3 Al2 [SiO4]3

“Ugranditas” - A = Ca

Uvarovita: Ca3 Cr2 [SiO4]3

Grosularia: Ca3 Al2 [SiO4]3

Andradita: Ca3 Fe2 [SiO4]3

Dónde:

Rocas metamórficas

Rocas ígneas ricas en Al

Peridotitas mantélicas

Nesosilicatos

Granate (001) azul = Si lila = A cyan = B

a1

a2

a3

Granates: A2+3 B

3+2 [SiO4]3

“Piralspitas” - B = Al

Piropo: Mg3 Al2 [SiO4]3

Almandino: Fe3 Al2 [SiO4]3

Espesartina: Mn3 Al2 [SiO4]3

“Ugranditas” - A = Ca

Uvarovita: Ca3 Cr2 [SiO4]3

Grosularia: Ca3 Al2 [SiO4]3

Andradita: Ca3 Fe2 [SiO4]3

Dónde:

Rocas metamórficas

Rocas ígneas ricas en Al

Peridotitas mantélicas

Nesosilicatos

Inosilicatos: Piroxenos

Diopsido (001) azul = Si plila = M1 (Mg) amarillo = M2 (Ca)

Diopsido: CaMg [Si2O6]

b

a s

in

¿dónde están las cadenas de Si-O-Si-O ?

b

a s

in

Diopsido (001) azul = Si lila = M1 (Mg) amarillo = M2 (Ca)


b

a s

in



Vista en perspectiva



IV capa

IV capa

IV capa

IV capa

VI capa

VI capa

VI capa

b

a s

in



La estructura de los

piroxenos está

compuesta por hileras

tipo “I” alternantes

(+)

(+) (+)

(+) (+)


La cadena tetraédrica

por encima de M1

está desfasada

respecto de la que está

inmediatamente

debajo

Lo mismo sucede en

las posiciones M2

Ello da lugar a una

celda monoclínica en

los clinopiroxenos

c

a

(+) M1

(+) M2

(+) M2


En los ortopiroxenos

existe otro tipo de

alternacia de hileras de

modo que se produce

una compensación

parcial que da lugar a

una celda de tipo

ortorrómbica

c

a

(+) M1

(-) M1

(-) M2

(+) M2


Fórmula general de los piroxenos:

W1-P (X,Y)1+P Z2O6 Donde

W = Ca Na

X = Mg Fe2+ Mn Ni Li

Y = Al Fe3+ Cr Ti

Z = Si Al

Son minerales anhídros de modo que condiciones de alta temperatura o secas les favorecen en comparación con los anfíboles


Piroxenoides

Wollastonita

(Ca M1)

3-tet repetición

Rodonita

MnSiO3

5-tet repetición

Piroxmangita

(Mn, Fe)SiO3

7-tet repetición

Piroxeno

2-tet repetición

7.1 A 12.5 A

17.4 A

5.2 A

Tremolita (001) azul = Si lila = M1 rosa = M2 gris = M3 (todo Mg)

amarillo = M4 (Ca)

Tremolita:

Ca2Mg5 [Si8O22] (OH)2

b

a s

in

Inosilicatos: Anfíboles

Hornblenda:

(Ca, Na)2-3 (Mg, Fe, Al)5

[(Si,Al)8O22] (OH)2

b

a s

in

Hornblenda (001) azul oscuro = Si, Al lila = M1 rosa = M2

azul claro = M3 (todo Mg, Fe) bola amarilla = M4 (Ca) bola lila = A (Na)

bola cyan = H



Azul claro = M3 (todo Mg, Fe)

Hornblenda:

(Ca, Na)2-3 (Mg, Fe,

Al)5 [(Si,Al)8O22]

(OH)2

Estructura en filas

tipo “I” igual a la

de los piroxenos,

pero más gruesa

(cadenas dobles)


b

a s

in

(+) (+)

(+)

(+)

(+)

Estructura en filas

tipo “I” igual a la

de los piroxenos,

pero más gruesa

(cadenas dobles)

Clinoamfíboles y

ortoamfíboles

Hornblende:

(Ca, Na)2-3 (Mg, Fe,

Al)5 [(Si,Al)8O22]

(OH)2




bola cyan = H

Hornblenda:


[(Si,Al)8O22] (OH)2

M1-M3 son huecos

pequeños

M4 es más grande (Ca)

La posición A es muy

grande

Gran variedad de

posiciones

Muchas substituciones

posibles




bola cyan = H

Hornblenda:


[(Si,Al)8O22] (OH)2

(OH) está en el centro de

un anillo tetraédrico en el

que O forma parte de un

octaedro M1y M3

(OH)




bola cyan = H

Fórmula general:

W0-1 X2 Y5 [Z8O22] (OH, F, Cl)2

W = Na K

X = Ca Na Mg Fe2+ (Mn Li)

Y = Mg Fe2+ Mn Al Fe3+ Ti

Z = Si Al

La gran variedad de posiciones cristalográficas da lugar a una gran variabilidad química y a un amplio rango de condiciones de estabilidad

Dado que son minerales hidratados, su estabilidad térmica es limitada


Hornblenda: Tiene Al en la posición tetraédrica

Anfíboles sódicos

Glaucofana: Na2 Mg3 Al2 [Si8O22] (OH)2

Riebeckita: Na2 Fe2+3 Fe3+

2 [Si8O22] (OH)2

Suelen presentar un color azul. Ello da pie a que las rocas que los contienen sean identificadas por esa característica: p. Ej. Esquitos azules

Estas rocas son características de unas condiciones P/T reacionadas con zonas de subducción


Piroxeno

Anfíbol

direcciones

de exfoliación caras

cristalinas


Tetraedros de

SiO4

polimerizados

en 2-D sheets:

[Si2O5]

Los O apicales

no están

polimerizados

y se enlazan a

otros

constituyentes

Filosilicatos

Capa Tetraédrica

Capa Octaédrica

Las capas tetraédricas se enlazan con las octaédricas

Los OH se localizan en el centro de los anillos tetraédricos donde no hay O apicales

Filosilicatos

Las capas octaédricas son análogas a los de los hidróxidos

• Brucita: Mg(OH)2

• Capas de Mg octaédrico

coordinados con (OH)

• Espaciados grandes según

c debido a enlaces de van

der Waals débiles

c

Filosilicatos

Gibbsita: Al(OH)3 : Capas de Al(VI) en coordinación con (OH). Al3+ implica que sólo 2/3 de

las posiciones VI pueden estar ocupadas debido a restricciones de balance de carga. Las

capas tipo brucita se denominan trioctaédricas y las tipo gibbsita dioctaédricas

a1

a2

Filosilicatos

Caolinita: Al2 [Si2O5] (OH)4 :Capas T y dioctaédricas (Al3+)

Amarillo = (OH)

Filosilicatos

Filosilicatos

Enlaces de van der Waals

Filosilicatos

Serpentina: Mg3 [Si2O5] (OH)4: Capas T y trioctaédricas (Mg2+)

Amarillo = (OH)

Filosilicatos

Los octaédros son un poco más grandes que

los tetraedros, lo cual provoca que la lámina

T-O se doble

La antigorita mantiene una forma

laminar mediate la alternancia de

segmentos con curvatura opuesta

El crisotilo no lo hace y ello da pie

a que tienda a enrollarse formando

tubos

Filosilicatos: Serpentina

capa de brucita

capa tetraédrica

Los tubos enrollados del crisotilo resuelven la

aparente paradoja de los filosilicatos asbestiformes

S = serpentina T = talco

Filosilicatos: Serpentina

Pirofilita: Al2 [Si4O10] (OH)2: Capa T - dioctaédrica (Al3+) – Capa T

Amarillo = (OH)

Filosilicatos

Talco: Mg3 [Si4O10] (OH)2: Capa T-trioctaédrica (Mg2+) – Capa T

Amarillo = (OH)

Filosilicatos

Muscovita: K Al2 [Si3AlO10] (OH)2 (K - AlIV) : Capa T- dioctaédrica (Al3+) - Capa T - K

Filosilicatos

Filosilicatos

Flogopita: K Mg3 [Si3AlO10] (OH)2 : Capa T - trioctaédrica (Mg2+) – Capa T - K

Filosilicatos

Filosilicatos: Resumen

Clorita: (Mg, Fe)3 [(Si, Al)4O10] (OH)2 (Mg, Fe)3 (OH)6

T - O - T - (brucite) - T - O - T - (brucite) - T - O - T - …

Mineral muy hidratado (OH)8: estable a bajas

temperaturas

Filosilicatos

Montmorillonita

Si

Al

Si

Si

Al

Si

Si

Al

Si

0.96 nm

Enlaces de van der Waals débiles

También denominadas esmectitas

Se expande en contacto con el agua

Montmorillonita

Montmorillonita

Capa T-O-T

Capa T-O-T

Arcilla seca Expansión debida a la entrada de agua

Agua

Illita

Si

Al

Si

Si

Al

Si

Si

Al

Si

0.96 nm

Átomos de K+

enlazan las capas

Parecida a la moscovita. Solo 1 de cada 4 posiciones posibles son ocupadas por el K

La substitución de Si4+ y Al3+ por iones de menor

carga (e.g., Mg2+) determina la aparición de excesos

de carga negativa

+ +

+ + +

+

+

_ _ _

_ _

_

_

_ _

_

_

_

_

_

_

_

_

_

_

_ _

_ _

Bordes con carga (+)

Caras con carga (-)

Partícula de arcilla con carga neta negativa

Arcillas

Interacción Agua-Arcilla

Los iones divalentes se adsorben más que los monovalentes

Los cationes tienden a ser adsorbidos

más que los aniones

Esto es importante en las arcillas, quienes

poseen un exceso de carga negativa

Las superficies de los sólidos pueden tener carga

eléctrica

Atracción Electrostática



+ + + +

+

+ +

+

+

+

+

+

+

+

+ + +

+

+

+ +

+

+ +

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+ +

+

+

+

+ +

+

+ + +

+

+ +

+

+

+

+

+

+

+

+ + +

+

+

+

+

+ +

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+ +

+

+

+

+ +

+

cationes - -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

partícula de arcilla

capa doble agua libre

A la superficie de la partícula se le adhiere una fina capa de agua adsorbida

Está compuesta por 1-4 moléculas de agua (1 nm de espesor)

Es más viscosa que el agua libre - -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

adsorbed water


- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

agua libre

double layer

water

agua adsorbida

50 nm

1nm


Floculada Dispersa o

Defloculada

Arcillas: Fábrica

Intercambio Catiónico – un catión reemplaza a otro catión

Intercambio iónico

Halita Espinela

Yeso

Hematites Calcita Pirita

Galena

No Silicatos

Los piroxenos, anfíboles y filosilicatos poseen características estructurales comunes pero…

¿Por qué sólo existen estructuras poliméricas de cadena simple, de cadena doble o laminares?

¿Por qué no existen estructuras de cadena triple, cuadruple, etc. ?

“Biopiroboles”

Sí existen y reciben el nombre de biopiroboles (biotita – piroxeno – anfíbol)

Portada de Science: antofilita (amarillo) reaccionando para formar chesterita (azul y verde) y jimthompsonita (rojo)

“Biopiroboles”

Imagen HRTEM de antofilita (cadenas dobles), Jimthompsonita (cadenas triples) y chesterita (alternancia de cadenas dobles y triples)

antofilita jimthompsonita chesterita

“Biopiroboles”

Stishovite

Coesite

- quartz

- quartz

Liquid

Tridymite

Cristobalite

600 1000 1400 1800 2200 2600

2

4

6

8

10

Pre

ssure

(G

Pa)

Temperature oC

Tectosilicatos

Cuarzo alfa Proyección 001

Stishovite

Coesite

- quartz

- quartz

Liquid

Tridymite

Cristobalite

Tectosilicatos

Stishovite

Coesite

- quartz

- quartz

Liquid

Tridymite

Cristobalite

Proyección 001

Tectosilicatos

Cuarzo beta (581 ºC)

Proyección 001 – Estructura Cúbica

Stishovite

Coesite

- quartz

- quartz

Liquid

Tridymite

Cristobalite

Cristobalita

Tectosilicatos

Alta presión SiVI

Stishovite

Coesite

- quartz

- quartz

Liquid

Tridymite

Cristobalite

Estishovita

Tectosilicatos

Cuarzo alfa: SiIV Estishovita: SiVI

Tectosilicatos

He

Óxidos

Hematites

Corindón Magnetita

Pirita

Sulfuros y Sulfatos

Galena

Yeso

Carbonatos

Calcita Dolomita

Carbonatos

carbono oxígeno

Ión carbonato (CO3-2)

Carbonatos

carbono

oxígeno

Ión calcio

Ión carbonato

Ión carbonato (CO3-2)

Estructura del Carbonato cálcico

Calcita

Carbonatos

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