Materia y Minerales

14/09/2013
1.
Tema 01
Introducción
Materia y Minerales
MATERIA
1.
Introducción (Materia, estados de la materia, materiales de construcción)
2.
Elementos químicos: El átomo
3.
4.
Cualquier sustancia que ocupe espacio y tenga masa
Enlaces químicos
9
Fuertes (covalente, iónico, metálico)
9
Débiles (Fuerzas de Van der Waals)
Minerales
9
Estructura cristalina (vs otras microestructuras)
9
Composición química
9
Propiedades Físicas (densidad, brillo, dureza, color, forma cristalina,
exfoliación, color)
9
Clasificación mineralógica (Clasificación de Strunz, 1970)
Clase I
Elementos nativos
Clase II Sulfuros
9
Clase V
Carbonatos
Clase VI Sulfatos
Clase III Óxidos
Clase VII Fosfatos
Clase IV Halogenuros
Clase VIII Silicatos
Comportamiento de los minerales (Durabilidad, Propiedades mecánicas,
térmicas y eléctricas)
Basílica de San Vicente (Avila)
1.
Tema 01
Introducción
1.
Tema 01
Introducción
MATERIA
MATERIA
Cualquier sustancia que ocupe espacio y tenga masa
Cualquier sustancia que ocupe espacio y tenga masa
ESTADOS DE LA MATERIA:
Sólido
Líquido
ESTADOS DE LA MATERIA:
Gaseoso
Plasma
Sólido
Líquido
Gaseoso
Plasma
MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN
naturales y elaborados, orgánicos e inorgánicos
inorgánicos
Materiales naturales
empleados con un fin constructivo
MATERIALES GEOLÓGICOS
Fuente: Wikipedia
1
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1.
Tema 01
Introducción
Parte mayoritaria del volumen total de materiales de construcción
1.
Tema 01
Introducción
Sustrato sobre el que se realizan las cimentaciones
2. Elementos químicos: el átomo
Materia y Minerales
ELEMENTOS QUÍMICOS
1.
Introducción (Materia, estados de la materia, materiales de construcción)
2.
Elementos químicos: El átomo
3.
4.
Enlaces químicos
9
Fuertes (covalente, iónico, metálico)
9
Débiles (Fuerzas de Van der Waals)
Existe más de un centenar de elementos químicos naturales …
9
Estructura cristalina (vs otras microestructuras)
9
Composición química
9
Propiedades Físicas (densidad, brillo, dureza, color, forma cristalina,
exfoliación, color)
9
Clasificación mineralógica (Clasificación de Strunz, 1970)
Elementos nativos
Clase II Sulfuros
9
Sustancias puras que hacen referencia una clase de átomos que
tienen el mismo número de protones en el núcleo, es decir, que
tienen el mismo número atómico
Tienen un nombre y un símbolo: Ej. Calcio (Ca); Oxígeno (O)
Minerales
Clase I
Tema 01
Clase V
Carbonatos
Clase VI Sulfatos
Clase III Óxidos
Clase VII Fosfatos
Clase IV Halogenuros
Clase VIII Silicatos
Comportamiento de los minerales (Durabilidad, Propiedades mecánicas,
térmicas y eléctricas)
2
14/09/2013
2. Elementos químicos: el átomo
Tema 01
Tema 01
2. Elementos químicos: el átomo
Tabla periódica de los elementos químicos
ÁTOMO
la unidad más pequeña e indivisible de la materia, que mantiene
las propiedades de un elemento químico inalterables.
MOLÉCULA
cantidad mínima de una sustancia resultado de la agrupación de
varios átomos enlazados, definiendo una configuración estable de
la materia y unas propiedades químicas características
El agua (H2O) está compuesta por 2 elementos químicos: (O) (H)
Una molécula de agua esta compuesta por 3 átomos: 2 H y 1 O
Una gota de agua está compuesta por multitud de moléculas
El cuarzo (SiO2) está compuesto por 2 elementos químicos: (O) (Si)
Una molécula de cuarzo esta compuesta por 3 átomos: 1 Si y 2 O
Una cristal de cuarzo está compuesto por multitud de moléculas
2. Elementos químicos: el átomo
Tema 01
Tema 01
2. Elementos químicos: el átomo
ESTRUCTURA DEL ÁTOMO
Núcleo:
- Protones: (+)
- Neutrones: sin carga
Capas externas (orbitales):
- Electrones (e- ) (-)
© 2006 Brooks/Cole - Thompson
Los electrones determinan el modo en el que los átomos se relacionan entre sí.
El nº de electrones está condicionado por el nº de protones en el núcleo; los
protones (+) atraen a los electrones (-) y los mantienen orbitando en las capas
externas del átomo.
Número atómico: número de protones en el núcleo (… y también de e-).
© 2006 Brooks/Cole - Thompson
3
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2. Elementos químicos: el átomo
Tema 01
Tema 01
2. Elementos químicos: el átomo
Número atómico: determina la identidad del átomo y del elemento químico
© 2006 Brooks/Cole - Thompson
Núcleo es muy pequeño respecto al volumen total del átomo
Masa atómica: es la suma de los protones y neutrones del núcleo
(e- tienen una masa insignificante)
2. Elementos químicos: el átomo
Tema 01
Isótopos químicos
Átomos de un mismo elemento químico que presenta diferente masa
atómica (variación del nº de neutrones en el núcleo)
Ej.: Carbono (C) Número atómico = 6; 6 protones y 6 electrones
Sus átomos pueden tener 6, 7 y 8 neutrones
2. Elementos químicos: el átomo
Tema 01
Los isótopos de cualquier elemento mantienen su comportamiento
químico (mismo número atómico), pudiendo combinarse de igual modo
con otros elementos para formar moléculas y compuestos estables.
Ej.: Diamante; compuesto íntegramente por C contiene en proporciones
variables sus tres isótopos (12C, 13C y 14C)
Masa atómica 12 (6 p + 6 n), 13 (6 p + 7 n) y 14 (6 p + 8 n)
4
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Tema 01
3. Enlaces químicos
Materia y Minerales
ENLACE QUÍMICO
1.
Introducción (Materia, estados de la materia, materiales de construcción)
2.
Elementos químicos: El átomo
3.
4.
Fuerzas electromagnéticas que mantienen unidos los átomos de modo
que las moléculas resultantes obtienen configuraciones estables de
mínima energía
Enlaces químicos
9
Fuertes (covalente, iónico, metálico)
9
Débiles (Fuerzas de Van der Waals)
Minerales
9
Estructura cristalina (vs otras microestructuras)
9
Composición química
9
Propiedades Físicas (densidad, brillo, dureza, color, forma cristalina,
exfoliación, color)
9
Clasificación mineralógica (Clasificación de Strunz, 1970)
Clase I
Elementos nativos
Clase II Sulfuros
9
Clase V
Carbonatos
Clase VI Sulfatos
Clase III Óxidos
Clase VII Fosfatos
Clase IV Halogenuros
Clase VIII Silicatos
Comportamiento de los minerales (Durabilidad, Propiedades mecánicas,
térmicas y eléctricas)
3. Enlaces químicos
Tema 01
Resultan de las interacciones entre los e- que hay en las capas externas
de los átomos, pudiendo dar lugar a la unión de átomos del mismo o de
diferentes elementos químicos
Tema 01
3. Enlaces químicos
e-
La mayoría de átomos tienen menos de 8 en su capa más externa y
por tanto, son eléctricamente inestables. Deben combinarse con otros
átomos para completar su capa externa y con ello llegar a alcanzar una
configuración estable eléctricamente.
e-
Ej. El Na cede el e- de su capa más externa al Cl que completa así su
capa más externa con 8 e-. Resultado: compuesto estable Halita (NaCl)
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3. Enlaces químicos
Tema 01
Tabla periódica de los elementos químicos
Tema 01
3. Enlaces químicos
Tipos de enlace químico:
• Enlaces Atómicos (Fuertes); son los que se dan entre átomos
debido a las interacciones entre e- de las capas externas
incompletas. Son : Iónico, covalente y metálico.
• Enlaces Moleculares (Débiles); o Fuerzas de Van der Waals, se
dan entre moléculas y determinados átomos. Los Puentes de
Hidrógeno y enlaces Dipolares se consideran como un tipo especial
de Fuerzas de Van der Waals.
Las fuerzas con que interactúan estos enlaces
Átomicos (fuertes)
Fuerza
(kJ/mol)
3. Enlaces químicos
Tema 01
Moleculares (débiles)
Covalente
Iónico
Metálico
F. V. Waals
Puentes H
Dipolar
150-900
650-4000
70-850
2-9
15-50
6-13
3. Enlaces químicos
Tema 01
Enlace iónico:
Enlace covalente:
Cuando un elemento (metálico) cede de 1 a 3 e- a otros elementos (no
metálicos). Se formán iones positivos (cationes) e iones negativos (aniones)
que se atraen fuertemente por su diferente signo electrostático.
Se da entre átomos que comparten de 1 a 3 e- de su capa más externa, de
modo que estas se superponen para producir una configuración estable de
gas noble (8 e- en la capa más externa)
Es el más sencillo y frecuente, formándose entre elementos de signo
eléctrico diferente y semejante tamaño iónico. En los compuestos iónicos los
iones se disponen en una estructura tridimensional que da lugar a una
neutralidad eléctrica total.
• Como no hay pérdida ni ganancia de e-, no hay aniones ni cationes s.s.
• El átomo que comparte varios e- lo hace con varios átomos a la vez.
• Es un enlace direccional debido a la existencia de regiones dentro de la capa
más externa con mayor concentración de e- (pares de e-).
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Tema 01
3. Enlaces químicos
Enlace metálico:
Tema 01
3. Enlaces químicos
Enlace de Van der Waals:
e-
Se forma cuando los átomos se desprenden de los de su capa más
externa (electrones de valencia) generando una nube electrónica común y
cationes (no se generan aniones).
Los cationes quedan cohesionados y fijados en una malla cristalina por los ede la nube.
Son enlaces débiles y secundarios que se producen entre moléculas
dipolares y átomos de gases nobles. Las moléculas covalentes muestran
una dismetría en cuanto a la distribución de sus cargas eléctricas, dipolos
permanentes (efecto imán).
• Es característico entre elementos metálicos y sus aleaciones.
• La alta movilidad de los e- en la nube (no están fijados a ningún átomo)
determinan algunas propiedades importantes, tales como: brillo metálico,
ductibilidad y conductividad térmica y eléctrica.
3. Enlaces químicos
Cuando las moléculas polares se encuentran a una cierta proximidad*, surge
entre ellas una fuerza de atracción que las mantiene unidas
Tema 01
Materia y Minerales
1.
Introducción (Materia, estados de la materia, materiales de construcción)
2.
Elementos químicos: El átomo
3.
4.
Enlaces químicos
9
Fuertes (covalente, iónico, metálico)
9
Débiles (Fuerzas de Van der Waals)
Minerales
9
Estructura cristalina (vs otras microestructuras)
9
Composición química
9
Propiedades Físicas (densidad, brillo, dureza, color, forma cristalina,
exfoliación, color)
9
Clasificación mineralógica (Clasificación de Strunz, 1970)
Clase I
Elementos nativos
Clase II Sulfuros
9
Clase V
Carbonatos
Clase VI Sulfatos
Clase III Óxidos
Clase VII Fosfatos
Clase IV Halogenuros
Clase VIII Silicatos
Comportamiento de los minerales (Durabilidad, Propiedades mecánicas,
térmicas y eléctricas)
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Tema 01
4. Minerales.
MINERAL
4. Minerales. Estructura cristalina
Tema 01
Estructura cristalina
Compuesto químico inorgánico, generalmente en estado sólido, de origen
natural y cristalino, cuya composición química, estructura cristalina y
propiedades físicas son fijas o varían entre límites concretos y estrechos
Hace referencia a la disposición tridimensional y regular de los átomos. En
condiciones favorables (tiempo y espacio), los minerales pueden crecer en
las tres direcciones del espacio desarrollando cristales con sus caras
cristalinas, vértices y aristas.
Pirita (FeS2) , Navajún (So) España
Los minerales son los constituyentes básicos de las rocas.
Están compuestos por dos o más elementos enlazados químicamente.
Precisiones a los conceptos inorgánico y natural
4. Minerales. Estructura cristalina
Tema 01
La forma cristalina de un mineral es la manifestación externa de una
estructura interna igualmente cristalina
4. Minerales. Estructura cristalina
Tema 01
Estructura no cristalina (Amorfa)
Red cristalina de un mineral
Son las que presentan aquéllas sustancias cuyas moléculas internas se
disponen aleatoriamente con sus átomos orientados en cualquier dirección,
sin seguir ninguna pauta de ordenamiento.
Es la repetición periódica en las tres direcciones del espacio de una celda
unitaria (sistema cristalino) que queda definido por las magnitudes de sus
vectores fundamentales (a, b, c) y por las relaciones angulares (α,β,γ) entre
estos vectores. Surgen así 7 sistemas cristalinos
Las sustancias amorfas están relacionadas con una velocidad de
enfriamiento rápida.
Pueden presentar dos tipos de estructuras:
Estructura vítrea: Sustancias
inorgánicas con una composición
química simple Ej. (SiO2)
Estructura polimérica: Sustancias
orgánicas con una complejidad
molecular muy elevada. Ej. Lignina
de la madera, PVC, poliestireno.
Sistema cristalino romboédrico
En los vértices del sistema se disponen los átomos de la molécula
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4. Minerales. Estructura cristalina
Tema 01
Tema 01
4. Minerales. Estructura cristalina
No todos los minerales presentan formas cristalinas bien desarrolladas
Redes de Bravais
Constituyen los 14 tipos básicos de
redes cristalinas en la naturaleza
Los parámetros de la red cristalina
(a,b,c, α,β,γ) dependen de la masa,
tamaño y capacidad para formar
enlaces de los átomos del mineral
Depende del tiempo de cristalización y especialmente, del espacio disponible
Minerales masivos
Cuando crecen muchos cristales en poco espacio, definiendo un mosaico
entrelazado de cristales, de manera que los cristales no se aprecian
4. Minerales. Estructura cristalina
EXFOLIACIÓN (cleavage)
Propiedad física de los minerales de romperse
según determinadas superficies planas
regularmente espaciadas y con una orientación fija
Los planos de rotura son planos de debilidad en la
estructura cristalina del mineral, estando
relacionados con enlaces más débiles entre sus
átomos.
La Exfoliación tiende a reproducir la forma cristalina
del mineral.
Tema 01
Materia y Minerales
1.
Introducción (Materia, estados de la materia, materiales de construcción)
2.
Elementos químicos: El átomo
3.
4.
Enlaces químicos
9
Fuertes (covalente, iónico, metálico)
9
Débiles (Fuerzas de Van der Waals)
Minerales
9
Estructura cristalina (vs otras microestructuras)
9
Composición química
9
Propiedades Físicas (densidad, brillo, dureza, color, forma cristalina,
exfoliación, color)
9
Clasificación mineralógica (Clasificación de Strunz, 1970)
Clase I
Elementos nativos
Clase II Sulfuros
9
Clase V
Carbonatos
Clase VI Sulfatos
Clase III Óxidos
Clase VII Fosfatos
Clase IV Halogenuros
Clase VIII Silicatos
Comportamiento de los minerales (Durabilidad, Propiedades mecánicas,
térmicas y eléctricas)
9
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Tema 01
4. Minerales. Composición química
Materia y Minerales
COMPOSICIÓN QUÍMICA
Se muestra mediante una fórmula que relaciona el número de átomos de los
elementos que constituyen la molécula elemental, repitiéndose según una
red cristalina en las tres direcciones del espacio
1.
Introducción (Materia, estados de la materia, materiales de construcción)
2.
Elementos químicos: El átomo
3.
Ej. Anhidrita:
Fórmula (CaSO4)
4.
Enlaces químicos
9
Fuertes (covalente, iónico, metálico)
9
Débiles (Fuerzas de Van der Waals)
Minerales
Tres elementos químicos (Ca, S, O)
9
Estructura cristalina (vs otras microestructuras)
9
Composición química
Relación atómica es 1:1:4
9
Propiedades Físicas (densidad, brillo, dureza, color, forma cristalina,
exfoliación, color)
9
Clasificación mineralógica (Clasificación de Strunz, 1970)
Consideraciones
Elementos nativos: Ag, Au, Pt, C
Clase I
Elementos nativos
Grupos minerales: Grupo del Olivino (Mg,Fe)2SiO4
Clase III Óxidos
Clase VII Fosfatos
Cationes intercambiables son de tamaño iónico
semejante
Clase IV Halogenuros
Clase VIII Silicatos
Clase II Sulfuros
9
Clase V
Carbonatos
Clase VI Sulfatos
Comportamiento de los minerales (Durabilidad, Propiedades mecánicas,
térmicas y eléctricas)
Tema 01
4. Minerales. Propiedades físicas
PROPIEDADES FÍSICAS
Materia y Minerales
Son aquellas propiedades características de los minerales, estando
controladas por la composición química y la estructura cristalina.
1.
Introducción (Materia, estados de la materia, materiales de construcción)
2.
Elementos químicos: El átomo
Su reconocimiento nos permiten clasificar los minerales
3.
• Densidad
Elevada
• Color
Verde oliva
• Brillo
Metálico
• Dureza
Media
• Forma cristalina
Cúbica, otras
• Exfoliación
cúbica
4.
Enlaces químicos
9
Fuertes (covalente, iónico, metálico)
9
Débiles (Fuerzas de Van der Waals)
Minerales
9
Estructura cristalina (vs otras microestructuras)
9
Composición química
9
Propiedades Físicas (densidad, brillo, dureza, color, forma cristalina,
exfoliación, color)
9
Clasificación mineralógica (Clasificación de Strunz, 1970)
Clase I
Elementos nativos
Clase II Sulfuros
Pirita (FeS2)
9
Clase V
Carbonatos
Clase VI Sulfatos
Clase III Óxidos
Clase VII Fosfatos
Clase IV Halogenuros
Clase VIII Silicatos
Comportamiento de los minerales (Durabilidad, Propiedades mecánicas,
térmicas y eléctricas)
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Tema 01
4. Minerales. Clasificación
Las clasificaciones mineralógicas utilizan las propiedades físicas y la
composición química como parámetros de identificación y clasificación,
respectivamente.
CLASIFICACIÓN CRISTOLOQUÍMICA DE STRUNZ (1970)
Es la más seguida actualmente. Establece 8 clases de minerales en función
de su composición química y estructura cristalina.
Clase I: Elementos nativos
Clase V: Carbonatos
Clase II: Sulfuros
Clase VI: Sulfatos
Clase III: Óxidos
Clase VII: Fosfatos
Clase IV: Halogenuros
Clase VIII: Silicatos
4. Minerales. Clasificación
Tema 01
CLASE I: Elementos nativos
Son aquellos que aparecen de forma estable en la naturaleza sin necesidad
de asociarse con otros elementos.
Exceptuando los gases nobles, solo unos 20 elementos se encuentran en
estado no combinado, la mayoría son escasos y aparecen asociados a otros
minerales.
Únicamente Au, Ag, Cu, Pt, C y S se encuentran en abundancia suficiente
como para dar yacimientos explotables.
Se reconocen tres subclases:
a) Metales;
b) Semimetales;
c) No metales
Los minerales muestran mayores semejanzas entre los que comparten el
mismo radical aniónico, que entre los que comparten los mismos cationes.
La clasificación de Strunz es más acorde con la nomenclatura y clasificación
de compuestos orgánicos seguida actualmente en Química
4. Minerales. Clasificación
Tema 01
4. Minerales. Clasificación
Tema 01
CLASE I: Elementos nativos
CLASE I: Elementos nativos
Metales: Presentan estructuras cúbicas formadas por átomos idénticos y
con enlaces metálicos débiles. Ej. Oro (Au); Plata (Ag); Cobre (Cu)
Semimetales: Son minerales con enlaces covalentes, poco frecuentes y con
aspecto metálico y quebradizo. Ej. Arsénico (As), Bismuto (Bi)
ORO (Au)
PLATA (Ag)
En general, son blandos, maleables y dúctiles; buenos conductores del calor
y la electricidad. Tienen elevada densidad y puntos de fusión bajos.
Presentan brillo metálico y fractura astillosa, y tienen baja durabilidad debido
a que se oxidan con facilidad.
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4. Minerales. Clasificación
Tema 01
Tema 01
4. Minerales. Clasificación
(S-2)
CLASE I: Elementos nativos
CLASE II: Sulfuros
No Metales: Minerales con enlaces covalentes puros o combinados con
enlace residual (débil). Son relativamente abundantes, presentan un gran
interés económico y sus propiedades físicas difieren mucho de las de los
metales: malos conductores del calor y la electricidad, se rompen fácilmente
Ej. Diamante (C); Grafito (C); Azufre (S)
Cuando el azufre incorpora dos e- en su último orbital, se comporta como un
anión divalente (S-2) de gran tamaño, dando lugar a los sulfuros.
Cuando cede los 6 e- de su última órbita se comporta como un anión
pequeño que se combina con 4 oxígenos, dando lugar a los sulfatos (SO4)-2
Resultan de la unión del anión (S-2) con cationes metálicos mono- o
divalentes (uno o dos e- de valencia)
Grafito y Diamante constituyen un caso de polimorfismo, es decir dos
minerales con la misma composición química (C) y diferente estructura
cristalina interna.
4. Minerales. Clasificación
CLASE II: Sulfuros
Tema 01
(S-2)
Se incluye los Arseniuros (As-3) y Antimoniuros (Sb-3), y las sulfosales.
Suelen aparecer asociados a presencia de a la materia orgánica, así como a
la actividad volcánica
Pirita (FeS2)
Galena (PbS)
Tema 01
4. Minerales. Clasificación
CLASE III: Óxidos
(O-2)
e Hidróxidos
(OH-)
Resultan de la unión del radical (O-2) o de grupos (OH-) con cationes
metálicos.
Presentan enlaces iónicos que dan lugar a tetraedros u octaedros de O en
cuyo centro se dispone un catión metálico.
• Constituyen una auténtica mena de metales: Mg, Pb, Fe, Hg, Zn, Cu, Mo,
Co, Sb, As, Bi.
• Su explotación se realiza desde la antigüedad, siendo fáciles de extraer y
de concentrar (densidad)
Goethita (FeO(OH))
Hematites (Fe2O3)
• Los más característicos son: Hematites/Oligisto (Fe2O3); Pirolusita (MnO2);
Magnetita (Fe3O4); Goethita (FeO(OH)).
• Son opacos, densos, con brillo vítreo, colores variados y con buena
conductividad térmica y eléctrica.
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Tema 01
4. Minerales. Clasificación
CLASE IV: Halogenuros
(F-,
Cl-, I-,
Br-)
Tema 01
4. Minerales. Clasificación
CLASE V: Carbonatos (CO3
)-2,
Nitratos (NO3
)-2)
Resultan de la unión de los aniones F-, Cl-, I-, Br- con cationes mono- y
divalentes del grupo Na+, K+, Ca2+ ó Mg2+ mediante enlaces iónicos.
Resultan de la unión de los radicales (CO3)-2 ó (NO3)-2 con cationes mono.
Diva- y trivalentes.
Definen estructuras cúbicas: Halita (NaCl), Fluorita (CaF2), Silvina (KCl).
El C y O del radical (CO3)-2 están fuertemente unidos por enlaces covalentes
Dolomita (Ca, Mg(CO3)
Aragonito (CaCO3)
Calcita (CaCO3)
• Algunos minerales de este grupo (calcita, Dolomita) forman extensas
masas de rocas sedimentarias y metamórficas.
Fluorita (CaF2)
Halita (NaCl)
• Baja dureza, escasa conductividad térmica y eléctrica en estado sólido.
• Punto de fusión moderado, incoloros o débilmente coloreados, brillo vítreo
Tema 01
4. Minerales. Clasificación
CLASE V: Carbonatos (CO3
)-2,
Nitratos (NO3
)-2)
• Calcita y aragonito son ejemplos de Polimorfismo.
•Dureza media, brillo vítreo, blancos o ligeramente teñidos, excepto los
carbonatos hidratados …
CLASE VI: Sulfatos (SO4
Malaquita (Cu2(OH)2CO3)
Azurita (Cu3(OH)2(CO3)2)
Tema 01
4. Minerales. Clasificación
)-2
Dolomita (Ca, Mg(CO3)
Cuando el S cede los 6 e- de su orbital externo se comporta como un anión
pequeño que se combina mediante enlaces covalentes con 4 O, que se
disponen en los vértices de un tetraedro y el S en el centro. Los tetraedros
(SO4)-2 se unen entre sí mediante grandes cationes divalentes
Yeso Ca(SO4)+2(H2O)
Yeso Ca(SO4)+2(H2O)
Anhidrita Ca(SO4)
• En esta clase se incluye Cromatos, Wolframatos y Molibdatos
• Ej. Yeso (Ca(SO4)+2(H2O)); Anhidrita (Ca(SO4)); Baritina (Ba(SO4))
• Dureza baja, brillo vítreo, tonos claros, densidad baja (excepto Baritina)
13
14/09/2013
Tema 01
4. Minerales. Clasificación
CLASE VII: Fosfatos (PO4
)-3,
Arseniatos (AsO4
)-3
y Vanadatos (VO4
)-3
Tema 01
4. Minerales. Clasificación
CLASE VIII: Silicatos (SiO4
)-4
Los tres radicales se disponen en tetraedros con la misma configuración y
tipo de enlace, mostrando por ello una gran semejanza estructural.
Resultan de la unión de radicales (SiO4)-4 con cationes mono- diva- o
trivalentes
Los radicales se unen con iones mono- (Li, K, Cl, F, (OH-), diva- (Ca, Pb, Co,
Fe Mg y Cu) o trivalentes (Al, Fe), que se sustituyen entre ellos dando lugar
a composiciones químicas y estructuras muy complejas.
El componente fundamental es el tetraedro de Si-O, en el ambos elementos
se unen mediante enlaces covalentes fuertes, disponiéndose los O en los
vértices del tetraedro y el Si en el centro.
Apatito (Ca5(PO4)3 (F, Cl)) Fuente: Wikipedia
Turquesa (Cu, Al6 ((OH)2 (PO)4)4)+4(H2O)
Fuente: Wikipedia
• Son minerales escasos en la corteza terrestre
Tema 01
4. Minerales. Clasificación
CLASE VIII: Silicatos (SiO4
)-4
• Los tetraedros Si-O se unen mediante cationes o compartiendo O, lo que
permite diferenciar 6 subclases:
Tema 01
4. Minerales. Clasificación
CLASE VIII: Silicatos (SiO4
)-4
Nesosilicatos
Nesosilicatos
Grupo del Olivino: Serie isomórfica entre Forsterita (Mg2SiO4)y Fayalita
(Fe2SiO4)
Grupo de los Nesosilicatos alumínicos: Comprende tres minerales polimorfos
de composición (Al2SiO5): Andalucita, Sillimanita y Distena
Forsterita (Mg2SiO4)
Fayalita (Fe2SiO4)
• Verde oliva, aspecto granular, brillo vítreo
Andalucita (Al2SiO5)
Sillimanita(Al2SiO5)
Distena(Al2SiO5)
• Característico de rocas metamórficas,
•Constituyente mayoritario de las rocas ígneas básicas y ultrabásicas
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Tema 01
4. Minerales. Clasificación
CLASE VIII: Silicatos (SiO4
)-4
Tema 01
4. Minerales. Clasificación
CLASE VIII: Silicatos (SiO4
)-4
Nesosilicatos
Sorosilicatos
Grupo de los Granates: Minerales isomorfos con formas cristalinas
dodecaédricas, brillo vítreo, tonos rojos y granates
Pares de tetraedros Si-O unidos por un O compartido. Su radical es (Si2O7)-6
Almandino(Fe3Al2Si3O12)
Epidota(Ca2(Fe,Al)3(Si2O7)(SiO4)(OH)2)
• Componente importante de algunos esquistos, migmatitas y eclogitas (R.
metamórficas)
• Son escasos y de poco importantes como formadores de rocas.
• Se utilizan como gemas y abrasivos por su elevada dureza (6,6-7,5)
• Característicos de rocas metamórficas
Tema 01
4. Minerales. Clasificación
CLASE VIII: Silicatos (SiO4
)-4
Tema 01
4. Minerales. Clasificación
CLASE VIII: Silicatos (SiO4
)-4
Ciclosilicatos
Inosilicatos
Tetraedros de Si-O que se enlazan formando anillos en los que cada
tetraedro comparte 2 O con los demás.
Tetraedros de Si-O definiendo cadenas a lo largo del eje del cristal y unidas
unas con otras a través de cationes metálicos. Pueden ser:
Forman anillos de 3 (Si3O9)4- , 4 (Si4O12)8- y 6 tetraedros (Si6O18)12-, siendo la
relación Si-O 1:3
Berilo (Be3Al2(Si6O18))
Turmalina ((Na,Ca)(Li,Mg,Al,Fe)6(BO3)3(S6Ol8)(OH)4)
• Grupo de los Piroxenos; cadenas
simples formados por una fila de
Tetraedros (Si2O6)4- Si-O = 1:3
• Grupo de los Anfíboles; Cadenas
dobles de dos filas de tetraedros
unidos por O definiendo una
estructura hexagonal que incorpora
un (OH) en el centro. Radical
(Si4O11(OH)7-
• Los anillos se superponen en una de las tres direcciones del espacio,
definiendo hábitos prismáticos; brillo vítreo
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Tema 01
4. Minerales. Clasificación
CLASE VIII: Silicatos (SiO4
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Inosilicatos
Augita (piroxeno) (Ca,Na)(Mg,Fe,Ti,Al)(Si,Al)2O6
Hornblenda (anfibol) (Ca2(Fe, Mg)5Si8O22 (OH)2
• La semejanza estructural de ambos grupos, genera unas propiedades
comunes: Densidad (3), Dureza (5-7), hábito prismático, brillo vítreo, Color
verde (oscuro)
Tema 01
4. Minerales. Clasificación
CLASE VIII: Silicatos (SiO4
)-4
Tema 01
4. Minerales. Clasificación
CLASE VIII: Silicatos (SiO4
Filosilicatos
Filosilicatos
Tetraedros de Si-O que comparten 3 O con otros tantos tetraedros
definiendo estructuras laminares indefinidas.
Grupo de las Micas;
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Minerales isomorfos de amplia difusión en rocas ígneas y metamórficas.
Idénticas cadenas dobles de los inosilicatos, pero extendidas en dos
direcciones
• Relación Si-O 1:2,5
• Radical (Si4O10)4• Las láminas de cadenas se enlazan
débilmente mediante (OH)• Los (OH)- permiten la entrada de
cationes metálicos
Moscovita (KAl2(Si3Al)3O10(OH,F)2
Biotita
K(Mg,Fe2+)3(Al,Fe3+)Si3O10 OH,F)2
• Exfoliación en láminas finas y elásticas; brillo vítreo; tranpsarentes
(moscovita) a negros (biotita)
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Tema 01
4. Minerales. Clasificación
CLASE VIII: Silicatos (SiO4
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Tema 01
4. Minerales. Clasificación
CLASE VIII: Silicatos (SiO4
Filosilicatos
Filosilicatos
Minerales de la arcilla;
Minerales de la arcilla;
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Minerales secundarios, de aspecto terroso (sin brillo), procedentes de la
alteración de otros silicatos en ambientes superficiales (caolinita,
montmorillonita, sepiolita) o metamórficos (talco).
Caolinita Al2Si2O5 (OH)4
Talco Mg3Si4O10(OH)2
Sepiolita Mg4Si6O15(OH)2 · 6H2O,
Tema 01
4. Minerales. Clasificación
CLASE VIII: Silicatos (SiO4
)-4
Tema 01
4. Minerales. Clasificación
CLASE VIII: Silicatos (SiO4
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Tectosilicatos
Tectosilicatos
Tetraedros Si-O definiendo redes tridimensionales en las que cada tetraedro
comparte sus 4 O con los tetraedros que le rodean..
Grupo de Sílice: Cuarzo (SiO2) Calcedonia (SiO2 criptocristalina)
• Relación Si-O 1:2
• Radical (SiO2) neutro Sílice
• Se reconocen dos grupos:
Cuarzo var. Cristal de roca (SiO2)
• Hábito prismático piramidal, masivo, brillo vítreo, colores muy variados,
dureza alta.
• Constituyente fundamental de r. ígneas, metamórficas y sedimentarias
(detríticas)
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Tema 01
4. Minerales. Clasificación
CLASE VIII: Silicatos (SiO4
)-4
Tema 01
4. Minerales. Clasificación
CLASE VIII: Silicatos (SiO4
)-4
Tectosilicatos
Tectosilicatos
Grupo delos Feldespatos: Combinaciones de tetraedros Si-O con cationes
alcalinos (K,Na,Ca), destacando los términos extremos de una serie ternaria
Grupo delos Feldespatos: Combinaciones de tetraedros Si-O con cationes
alcalinos (K,Na,Ca), destacando los términos extremos de una serie ternaria
Cuarzo var. Cristal de roca (SiO2)
Ortosa (K)(Si3AlO8)
Albita (Na)(Si2Al2O8)
Tema 01
4. Minerales. Clasificación
CLASE VIII: Silicatos (SiO4
Materia y Minerales
)-4
Tectosilicatos
1.
Introducción (Materia, estados de la materia, materiales de construcción)
Grupo delos Feldespatos: Combinaciones de tetraedros Si-O con cationes
alcalinos (K,Na,Ca), destacando los términos extremos de una serie ternaria
2.
Elementos químicos: El átomo
3.
4.
Enlaces químicos
9
Fuertes (covalente, iónico, metálico)
9
Débiles (Fuerzas de Van der Waals)
Minerales
9
Estructura cristalina (vs otras microestructuras)
9
Composición química
9
Propiedades Físicas (densidad, brillo, dureza, color, forma cristalina,
exfoliación, color)
9
Clasificación mineralógica (Clasificación de Strunz, 1970)
Clase I
Elementos nativos
Clase II Sulfuros
9
Clase V
Carbonatos
Clase VI Sulfatos
Clase III Óxidos
Clase VII Fosfatos
Clase IV Halogenuros
Clase VIII Silicatos
Comportamiento de los minerales (Durabilidad, Propiedades mecánicas,
térmicas y eléctricas)
Anortita (Ca)(Si2Al2O8)
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4. Minerales: Comportamiento
Tema 01
Las propiedades físicas, mecánicas, térmicas y eléctricas de los
minerales depende de su composición química y del tipo de enlace
entre sus átomos
DURABILIDAD o ESTABILIDAD FÍSICO-QUÍMICA
• Mayor en minerales con enlaces covalentes
• Minerales con enlaces iónicos y de Van der Waals tienden a
romperse por disolución en presencia de agua, facilitando el
intercambio iónico con otras sustancias y la recristalización por
evaporación.
• Minerales con enlaces metálicos, tienden a oxidarse (pérdida
de e- debido a su alta movilidad) y corroerse con facilidad
4. Minerales: Comportamiento
Tema 01
• La resistencia a la deformación está relacionada con los
enlaces químicos, siendo más resistentes los enlaces más
fuertes (iónico, covalente, metálico). A mayor resistencia, mayor
será …
•Fragilidad es mayor en minerales con enlaces covalentes e
iónicos debido a la rigidez del enlace y a la imposibilidad de
rehacerlo una vez roto.
• La elasticidad y plasticidad es mayor en sustancias con
enlaces metálicos. La nube electrónica permite un cierto
deslizamiento de las capas de la estructura cristalina sin que
ésta llegue a romperse.
• Minerales con enlaces covalentes e iónicos presentan una
menor resistencia a tracción que a compresión.
4. Minerales: Comportamiento
Tema 01
PROPIEDADES TÉRMICAS
• Cuanto mayor es el nº de e- que participan en el enlace, mayor
es la fuerza del mismo y mayor es la energía externa que hay
que suministrar para romperlo (resistencia al fuego y punto de
fusión más altos)
• Sin embargo, los enlaces iónicos y de Van der Waals se
disocian fácilmente en presencia de agua y a temperaturas
relativamente bajas.
PROPIEDADES ELÉCTRICAS
• Alta movilidad de los e- en compuestos metálicos determinan
una alta conductividad eléctrica (y también, térmica) y a
consecuencia de ello, una baja resistencia al fuego.
• Compuestos con enlaces covalentes e iónicos muestran bajos
valores de conductividad, debido a la rigidez de sus enlaces (no
movilidad de sus e-)
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