BLOQUE III. MINERALOGÍA. · 2020. 12. 8. · BLOQUE III. MINERALOGÍA. 1. LOS MINERALES, COMPONENTES BÁSICOS DE LA LITOSFERA. Concepto de mineral. Propiedades físicas de los minerales

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BLOQUE III. MINERALOGÍA.

1. LOS MINERALES, COMPONENTES BÁSICOS DE LA LITOSFERA.

Concepto de mineral. Propiedades físicas de los minerales. Aspectos cristalográficos. Procesos

de formación de los minerales. Clasificación de los minerales.

Conceptos básicos: materia cristalina, celda elemental, hábito cristalino, polimorfismo,

isomorfismo, brillo, dureza, exfoliación, silicatos, carbonatos, sulfatos, óxidos e hidróxidos,

sulfuros, haluros, elementos nativos.




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1. LOS MINERALES, COMPONENTES BÁSICOS DE LA LITOSFERA

1.1. CONCEPTO DE MINERAL Y SUS PROPIEDADES FÍSICAS

A. CONCEPTO

Un mineral es un sólido natural, homogéneo, de origen inorgánico,con una

composición química definida y generalmente con estructura cristalina.Son los

componentes que forman las rocas.

- Sólido natural: No son considerados minerales los líquidos, los gases ni las

sustancias fabricadas por el ser humano.

- Homogéneo: de aspecto uniforme.

- Inorgánico: No son minerales las sustancias originadas por los seres vivos ni las

que forman parte de ellos.

- Composición química definida: No son minerales las sustancias que tienen una

proporción variable de sus elementos químicos básicos. Aunque se admiten

pequeñas proporciones de elementos ajenos a la composición básica del

mineral, consideradas “impurezas” (la amatista es una variedad macro-

cristalina violeta del cuarzo. El color puede ser más o menos intenso, según la

cantidad de hierro (Fe+3) que contenga).

- Estructura cristalina: tiene sus átomos ordenados formando redes cristalinas

(cuando sus átomos no están ordenados constituyen la materia vítrea de los

“mineraloides”).




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La mayoría de los cristales naturales se forman a partir de la cristalización de elementos magmáticos a presión en la pared interior de cavidades rocosas llamadas geodas. La calidad, tamaño, color y forma de los cristales dependen de la presión y composición de gases en dichas geodas y de la temperatura y otras condiciones del magma donde se formen.

B. PROPIEDADES FÍSICAS

Son las que permiten diferenciar unos minerales de otros. Estas propiedades físicas de los minerales dependen de su composición química y de su estructura cristalina. De las propiedades físicas de los minerales vamos a tratar las siguientes:

Color: El color es una propiedad que suele resultar muy útil a la hora de reconocer a un mineral. Sin embargo algunos minerales presentan distintos colores debido a la aparición de impurezas en su formación. Brillo: Es el aspecto ofrecido por la superficie de un mineral al reflejar la luz. Para clasificar el tipo de brillo se utilizan nombres de objetos conocidos con un brillo parecido. Por ejemplo se dice que un mineral presenta un brillo metálico, vítreo, sedoso o mate. Tenacidad: Es la resistencia a la deformación de un mineral al ser golpeado o presionado. Si se rompe con facilidad se dice que es frágil, en caso contrario es tenaz. Otros materiales son rígidos o dúctiles y maleables. Dureza y color de la raya: La dureza es la resistencia que ofrece un mineral a ser rayado por otro objeto o por otro mineral. Para medir la dureza de un mineral se utiliza la escala de Mohs. En esta escala los minerales van desde el más blando al más duro de esta forma: talco, yeso, calcita, fluorita, apatito, ortosa, cuarzo, topacio, corindón y diamante. Al ser rayado, el mineral se rompe en un polvillo, con un color determinado: es lo que conocemos como raya o color de la raya.

http://www.rinconsolidario.org/minerales/propiedades.htm#puntoescala




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Arriba: Hábitos

cristalinos comunes de

cristales aislados.

Abajo: Hábitos cristalinos

comunes de agregados

minerales

Hábito cristalino: Es la forma externa que presenta un mineral, dependiente en gran medida de la ordenación interna de sus átomos (estructura cristalina), aunque no siempre minerales con la misma estructura cristalina presentan el mismo hábito. La exfoliación: Es la cualidad de romperse en fragmentos de superficies planas cuando los minerales son golpeados. Relacionado con el hábito, pues las superficies planas por las que se rompen se corresponden con las del hábito del cristal mineral. Densidad: Pues eso, unos más y otros menos densos, masa entre volumen, vamos. Característico de cada especie mineral. Diafanidad: Permiten el paso de la luz a su través en mayor o menor grado (transparentes, translúcidos y opacos).

Conductividad: pasan a su través con mayor o menor facilidad una corriente eléctrica. Magnetismo: Pueden atraer el hierro y sus derivados.




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1.2. ASPECTOS CRISTALOGRÁFICOS

El estado sólido se caracteriza por la fuerte unión entre sus partículas constituyentes

(átomos, moléculas y/o iones), que ocupan posiciones más o menos fijas. Si estas

posiciones están geométricamente ordenadas hablamos de materia cristalina. Si por el

contrario están desordenadas, hablamos de materia amorfa o vítrea.

La estructura cristalina es la forma sólida en la que se ordenan los átomos, moléculas,

o iones. Esta ordenación ocurre con patrones de repetición que se extienden en las

tres dimensiones del espacio. La cristalografía es el estudio científico de los cristales y

su formación.

La estructura interna, junto con la composición química son la clave de las

propiedades de los minerales. Así, dos minerales de composición idéntica, pueden

tener propiedades completamente diferentes, como es el caso del diamante y del

grafito, ambos compuestos por carbono puro. Esto se conoce como

polimorfismo(misma composición química pero diferente estructura cristalina).

Por otra parte, la composición química puede variar entre las especies terminales de

una serie de solución sólida. Por ejemplo, las plagioclasas comprenden una serie

continua que va desde el miembro extremo de la albita, rica en sodio (NaAlSi3O8),

hasta la anortita, rica en calcio (CaAl2Si2O8). Es lo que se conoce como isomorfirmo

(misma estructura cristalina pero diferente composición química).

Los cristales visibles al ojo humano reciben el nombre de fenocristales. Los cristales

sólo visibles a microscopio se denominan microcristales.

En cristalografía, el grupo más

pequeño de partículas en el

material que constituye el

patrón repetitivo es la celda

unitaria (o celda unidad) de la

estructura, la cual define

completamente la simetría y la

estructura de toda la red

cristalina, que se construye

mediante la traducción repe-

titiva de la celda unitaria a lo

largo de sus ejes principales.

Las redes cristalinas son muy

variadas y complejas.

https://es.wikipedia.org/wiki/Soluci%C3%B3n_s%C3%B3lida

https://es.wikipedia.org/wiki/Plagioclasa

https://es.wikipedia.org/wiki/Albita

https://es.wikipedia.org/wiki/Anortita




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1.3. PROCESOS DE FORMACIÓN DE LOS MINERALES

Tiene su origen en los siguientes mecanismos básicos:

- Solidificación por enfriamiento de un fundido, como sucede en una cámara

magmática en la que desciende la temperatura o tras una erupción volcánica.

Tipos más comunes de redes cristalinas, conocidas como redes de Bravais.




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- Precipitación química a partir de una disolución como sucede en el mar

cuando se evapora el agua y cristalizan sales, o precipitación bioquímica

inducida por la actividad de seres vivos como las conchas de los moluscos.

- Alteración o meteorización por acción del agua, el oxígeno o el dióxido de

carbono sobre los minerales a la intemperie, proceso que puede dar lugar a

minerales nuevos con estructuras diferentes.

- Sublimación por enfriamiento súbito de un gas, como sucede con la

cristalización del azufre en las fumarolas volcánicas.

- Recristalización. Cuando en un cristal algunos iones son sustituidos por otros

sin que se abandone el estado sólido y como consecuencia aparecen minerales

nuevos. Un ejemplo de recristalización sería la transformación de la calcita en

dolomita durante la diagénesis.

MECANISMO GENERAL DE CRISTALIZACIÓN común a la mayoría de los mecanismos

básicos:

En condiciones adecuadas de presión, temperatura y saturación se produce la

cristalización a partir de grupos de átomos o impurezas que actúan como núcleo de

crecimiento del cristal. Sobre los núcleos se van añadiendo, de forma ordenada y

según capas paralelas, los átomos que constituyen la sustancia. El crecimiento es

posible porque las capas externas que se van creando, nunca tienen completas sus

cargas.

El tamaño y la calidad de los cristales formados dependen de otras condiciones:

espacio, tiempo y reposo.

- Cuanto más lento y más largo sea el proceso de cristalización, los cristales

podrán adquirir mayor tamaño, siempre que tengan espacio para su formación.

En el otro extremo, un enfriamiento demasiado rápido, conducir a la formación

de una masa amorfa, sin estructura cristalina (de un vidrio volcánico u

obsidiana, por ejemplo).

- Por falta de espacio, los cristales adquieren una forma externa irregular, pero

cuando crecen libremente, su estructura interna se manifiesta también en la

forma externa poliédrica.

- El reposo es también una condición para que los cristales alcancen un mayor

tamaño frente a los que se forman en ambientes agitados.

DEFECTOS CRISTALINOS: EL CRISTAL REAL

La cristalización nunca es perfecta. Como en cualquier proceso natural se producen

imperfecciones en el crecimiento. Estas imperfecciones reciben el nombre de defectos




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Algunos defectos cristalinos

cristalinos. Son las responsables de variaciones en el color o la forma de los cristales.

Los defectos cristalinos se denominan:

- Vacancias: Se producen por la ausencia en la red de un elemento. Las

vacancias, al igual que otros defectos, pueden desplazarse libremente a lo largo

de la red.

- Átomos intersticiales: Inclusión en la red de un átomo fuera de las posiciones

reticulares. Con frecuencia este defecto se presenta unido a una vacancia, pues

la formación de una vacante favorece la aparición de un átomo intersticial.

- Sustituciones: Entrada en la red de un átomo diferente, pero de similar radio

iónico que el que la compone.

Pueden dar lugar a la aparición de

series isomorfas (recordad a las

plagioclasas).

- Dislocaciones: Aparición de nuevas

filas de elementos cuando en el

plano anterior no existían. Una

dislocación de este tipo son las

dislocaciones helicoidales, que

permiten un crecimiento rápido de

una cara, pues esta nunca se acaba.

- Destrucciones locales de la red

debido a inclusiones de elementos

radiactivos que se han desintegrado.

1.4. CLASIFICACIÓN DE LOS MINERALES

Actualmente la clasificación más común es la de Strunz (en honor a su creador Karl

Hugo Strunz, geólogo alemán), la cual tiene en cuanta tanto la composición química

como la estructura interna de los minerales. Nosotros vamos, además a agrupar las

clases minerales de Strunz en dos grandes grupos, silicatos y no silicatos.

A. SILICATOS

En su conjunto representan el 92% de los minerales de

la corteza terrestre. Su unidad estructural es el

tetraedro de sílice (SiO4)4-. Los tetraedros de sílice

(aniones) pueden unirse entre sí o combinarse con

cationes metálicos. La manera en que se disponen los

tetraedros da lugar a las diferentes familias de silicatos, que describo a continuación:

ílice Tetraedro de s




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- Nesosilicatos. Formados de tetraedros aislados, que alternan con iones

metálicos positivos como p.ej. en el olivino: (FeMg)2SiO4. Otros minerales de

interés son el granate, la andalucita, la distena y la sillimanita.

- Sorosilicatos. Los tetraedros se disponen en parejas, compartiendo un átomo

de oxígeno (Si2O7)6-. Las parejas se unen entre sí gracias a la inclusión de

cationes metálicos de hierro, aluminio o calcio. Los minerales de esta familia

son raros, siendo el más común la epidota [Ca2Fe3+Al2(Si2O7)(SiO4)O(OH)].

- Ciclosilicatos. Los tetraedros comparten entre sí 2 átomos de oxígeno,

formando anillos de 3, 4 ó 6 miembros: (Si3O9)6-, (Si4O12)8-, (Si6O18)12-. Los anillos

se unen entre sí por asociación con cationes metálicos. Incluye minerales como

el berilo Be3Al2[Si6O18] y la turmalina, que se asocia con una gran cantidad de

cationes diferentes, resultando en una fórmula muy compleja

[(Na,Ca)(Al,Fe,Li)(Al,Mg,Mn)6(BO3)3(Si6O18).(OH,F)4].

- Inosilicatos. formados por cadenas simples (piroxenos) o cadenas dobles

(anfíboles) de tetraedros de sílice, que comparten 2 ó 3 átomos de oxígeno

respectivamente. La augita es un ejemplo común de piroxeno: Ca(FeMg)(SiO3)2

y la hornblenda de anfíbol [CaNa(MgFeAl)5(AlSi)8O22(OH)2].

- Filosilicatos los tetraedros también comparten 3 átomos de oxígeno, pero en

este caso forman láminas continuas. Se conocen como micas, siendo las más

comunes la mica blanca o moscovita KAl2(AlSi3O10)(OH)2 y la mica negra o

biotita K(FeMg)3(AlSi3O10)(OH)2. También incluye los llamados “minerales de la

arcilla”, con láminas de pequeño tamaño, como la caolinita Al2Si2O5(OH)4.

- Tectosilicatos. Los tetraedros comparten todos sus átomos de oxígeno,

formando redes tridimensionales. Incluye los silicatos más abundantes: el

cuarzo, que es sílice pura (Si02) y los feldespatos, que tienen algunos átomos

metálicos (generalmente por átomos intersticiales, recordemos el cristal real).

Entre los feldespatos debemos diferenciar entre los potásicos (ortosa) y los de

la serie isomórfica entre el término sódico (albita) y potásico (anortita).

También es interesante conocer la nomenclatura que hace referencia al tipo de iones

metálicos que se combinan con los tetraedros, tan comunes en todos ellos. Así, cuando

los cationes son principalmente hierro y magnesio se llaman máficos, y suelen producir

colores con tonos oscuros (verde, rojo, marrón o negro) como en el olivino, piroxenos,

anfíboles y biotita.

Cuando no presentan hierro ni magnesio se llaman félsicos, y sus cationes son pueden

ser aluminio, potasio, sodio o calcio. Estos dan lugar a colores claros como en el

cuarzo, ortosa (feldespato) o moscovita.




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B. NO SILICATOS

1. Elementos nativos.

Elementos nativos son los elementos que aparecen sin combinarse con los átomos de

otros elementos como por ej. oro Au, plata Ag, cobre Cu, azufre S, diamante C. Los

elementos nativos son aquellos que se encuentran en la naturaleza en estado libre

(puro o nativo), es decir, sin combinar o formar compuestos químicos. Aparte de la

clase de los elementos nativos los minerales se clasifican de acuerdo con el carácter

del ion negativo (anión) o grupo de los aniones, los cuales están combinados con iones

positivos.

A excepción de los gases atmosféricos, se distinguen alrededor de unos veinte

elementos nativos. Ejemplo de éstos son: el oro, plata, platino, cobre, azufre y

diamante (y sus formas de grafito o carbono).

2. Sulfuros.

Los sulfuros naturales (producto de metales y semiminerales) son la clase más

importante en la metalurgia, pues en ella entran metales tan importantes como el

hierro, estaño o manganeso, y otras menas como la galena o la esfalerita. Se trata de

compuestos de diversos minerales combinados con el azufre. Ejemplo de minerales de

los que forman parte los sulfuros son la pirita (FeS); calcopirita (CuFeS2); galena (PbS);

Tipos de silicatos




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blenda (ZnS); cinabrio (HgS) ; antimonita (sulfuro de antimonio) y rejalgar (sulfuro de

arsénico)

Por su parte, las sulfosales son minerales compuestos de plomo, plata y cobre

combinados con azufre y algún otro mineral como el arsénico, bismuto o antimonio.

Un ejemplo de sulfosal es la pirargirita.

3. Haluros.

Los halogenuros o haluros, son compuestos que resultan de la combinación de un

halógeno (cloro, flúor, bromo o yodo), con otro elemento. Un ejemplo común de

halogenuro es la halita (sal de gema)

Los aniones característicos son los halógenos F, Cl, Br, I, los cuales están combinados

con cationes relativamente grandes de poca valencia, p.ej. halita NaCl, silvina KCl,

fluorita CaF2.

4. Óxidos e Hidróxidos.

Los óxidos e hidróxidos son el producto de la combinación del oxígeno con un

elemento. En realidad, casi todos los elementos forman óxidos, que se dividen según

sus propiedades en óxidos básicos (metálicos) y ácidos (formados por combinación del

oxígeno con un elemento no metálico).

Los óxidos son compuestos de metales con oxígeno como anión. P.ej. cuprita Cu2O,

corindón Al2O3, hematites Fe2O3, rutilo TiO2, magnetita Fe3O4.

Los hidróxidos están caracterizados por iones de hidroxido (OH-) o moleculas de H2O-,

p.ej. limonita FeOOH: goethita *-FeOOH, lepidocrocita *-FeOOH.

5. Carbonatos nitratos y boratos.

Los boratos están constituidos por sales minerales o ésteres del ácido bórico; se trata

de minerales muy diferentes en apariencia y propiedades físicas.

Los nitratos son sales que derivan del ácido nítrico; se trata de un pequeño grupo de

minerales difíciles de hallar en la naturaleza en formaciones concentradas, y que

poseen características de escasa dureza y alta solubilidad; se distingue la nitratina o

nitrato sódico (o nitrato de Chile o Caliche, llamado así por el gran yacimiento

existente en el desierto de Atacama al Norte de ese país), y el salitre o nitrato potásico.

Estas sales se utilizan frecuentemente en la fabricación de explosivos, y especialmente

como abonos por su riqueza en nitrógeno.

Los carbonatos son sales derivadas de la combinación del ácido carbónico y un metal.

Estos compuestos están muy difundidos como minerales en la naturaleza. Ejemplo de




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carbonatos son la azurita y malaquita (carbonatos hidratados de cobre), calcita

(CaCO3), aragonito (CaCO3) y Dolomita CaMg (CO3)2

6. Sulfatos, Wolframatos, Molibdatos y Cromatos.

Los sulfatos son sales o ésteres del ácido sulfúrico, por lo general solubles en agua,

excepto los sulfatos de plata, mercurio, calcio, bario, plomo y estroncio. Se trata de

minerales de origen diverso, inestables, de aspecto variable (casi siempre no

metálicos) y generalmente de escasa dureza. Ejemplo de sulfato es la Baritina (BaSO4),

el Yeso (CaSO4*2H2O) y la Tenardita (Na2SO4).

Los cromatos son sales o ésteres del ácido crómico. Se presenta generalmente en

forma de minerales de colores amarillentos. Las sales alcalinas son utilizadas como

reactivos analíticos y oxidantes.

Los volframatos son poco abundantes en la naturaleza. El wolframio es un metal duro,

denso y de brillo plateado, que se encuentra formando parte de la volframita. Tiene

utilidad en la formación de aleaciones y, dado su gran dureza, como sustito del

diamante. Una utilidad muy común por su elevado punto de fusión, es la fabricación

de filamentos para lámparas incandescentes (tungsteno)

Los molibdatos (como la molibdenita) son minerales que se presentan en la naturaleza

en forma de sulfuro. Tiene utilidad en la mejora de la resistencia y ductilidad de

algunos aceros y aleaciones, y en la construcción de determinados componentes

electrónicos.

7. Fosfatos, Arseniatos y Vanadatos.

En los fosfatos el complejo aniónico (PO4)3- es el complejo principal, como en el

apatito Ca5[(F, Cl, OH)/PO4)3]los arseniatos contienen (AsO4)3- y los vanadatos

contienen (VO4)3- como complejo aniónico.

Los fosfatos sales o ésteres del ácido fosfórico, arsénico y vanadio. Son solubles en los

ácidos minerales, excepto los fosfatos neutros de metales alcalinos, que son solubles

en agua.

La utilidad fundamental de los fosfatos es la de fertilizante, aunque algunos de ellos

también son empleados en la industria textil para eliminar la dureza del agua. Ejemplo

de fosfatos son el apatito y la piromorfita.




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EJERCICIOS DE SELECTIVIDAD

1. Minerales: concepto, propiedades físicas y clasificación. (Tema 2018).

2. Concepto de mineral y propiedades físicas de los minerales. (Tema 2019).

3. ¿Qué es un mineral? Mencione un mineral del grupo de los sulfuros y otro de los

carbonatos y explique las propiedades que permiten su reconocimiento “de visu”.

(Pregunta 2017).

4. Cite tres minerales de la escala de Mohs con dureza inferior a la ortosa.

5. Mencione las principales propiedades físicas que permiten la identificación de los

minerales sin el empleo de técnicas instrumentales complejas. (Pregunta 2017).

6. Indique las principales diferencias entre un magma básico o máfico y un magma

ácido o félsico. (Pregunta 2017).

7. Según la clasificación químico-estructural, ¿a qué clase pertenecen los siguientes

minerales?: (Pregunta 2018).

a. biotita

b. pirita

c. dolomite

8. Defina los conceptos de ganga y mena. (2017, 2018).

9. Cite tres menas metálicas comunes y el metal de interés que se extrae de cada una

de ellas. (Pregunta 2017 y 218).

NOTA: Estas 2 últimas no vienen explicadas en el tema, pero buscáis información e

intentáis resolverlas.

10. Indique si las siguientes parejas de minerales son isomorfos: (Pregunta 2018).

a) Grafito y diamante b) Calcita y aragonito c) Albita y anortita (plagioclasas)

11. ¿Qué es un mineral? (Pregunta 2018).


minerales?: (pregunta 2018)

a) Cuarzo

b) Yeso




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c) Calcita

13. Cite cuatro propiedades físicas que permiten la identificación de un mineral.

(Pregunta 2018).

14. Cite las principales características de la materia cristalina. (Pregunta 2018).

15. Copie los siguientes términos y relaciónelos con mineral (1) o roca (2), indicando

junto a cada término el número que corresponda. (Pregunta 2019).

Exfoliación Textura Caliza Botroidal

Holocristalina Albita Hábito Sulfuro

Clástica Foliación Granoblásti Granate

16. La estructura cristalina en tetraedros es característica de los… (Pregunta 2019).

17. Cite tres ejemplos de minerales que contengan hierro. (Pregunta 2019).


minerales? (Pregunta 2019).

a) biotita

b) pirita

c) dolomita

19. ¿Cómo se denomina una sustancia natural de composición química definida,

normalmente sólida e inorgánica? (Pregunta 2019).




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