Tema 2 - SPoUk Tavern

Alberto Sedano Ramón
Tema2: Los materiales terrestres.
Mineralogía.
Es la ciencia que trata de la composición química, las propiedades físicas y la
estructura atómica de los minerales. El avance del conocimiento de los minerales se
produjo debido a avances en el estudio del átomo y de la disposición de estos en las
estructuras ordenadas de los cristales.
Historia.
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Nicholas Steno (1638-1686): descubrió que los ángulos comprendidos entre
caras correspondientes a los cristales de cuarzo son constantes, independientes
del tamaño del cristal.
René Haüy (1743-1823): propuso la teoría de que los cristales minerales están
compuestos de bloques de tamaño molecular. A partir de entonces el estudio de
la forma y estructura de los cristales se denomina cristalografía.
James D. Dana (1813-1895): creo el patrón mundial de la clasificación de los
minerales.
Max Von Laue (1912): difracción de los RX produciendo un modelo geométrico
del cristal. Se observó que los RX que atraviesan un cristal se desvían
difractandose de modo tal que producen un modelo geométrico característico de
una placa fotográfica.
W. Bragg (1915): utilizó los modelos de puntos para idear un método para medir
exactamente el espaciamiento de los átomos de un cristal y reconstruir su
disposición tridimensional.
La mineralogía también se basa en la química, por lo que es
esencial determinar los elementos presentes de un compuesto
mineral y su fórmula química. En la Tierra el O, Si, Fe y Mg
representan en 92% de la masa de la corteza, es decir, casi el 95% de
las rocas ígneas y metamórficas y el 5% de las rocas sedimentarias.
El 8% restante queda representado por O, Si, Al y Fe.
Mineral.
Sólido homogéneo que se presenta de manera natural en la naturaleza. Es una
sustancia inorgánica que posee una estructura atómica ordenada y una composición
química definida a variable entre límites establecidos y que generalmente tiene
estructura de un cristal.
Que no se presente de forma natural significa que quedan incluidos ciertos
aspectos como:
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Homogéneo: el mineral consiste en una sola unidad química que puede ser un
único elemento o un único compuesto. De esta definición quedan excluidas las
mezclas de componentes.
Inorgánico: el mineral no está compuesto por materia orgánica, es decir, no está
compuesto de ninguna materia proveniente del carbono del hidrógeno.
Composición química definida: las proporciones de los elementos químicos en
muchos minerales son siempre exactamente las mismas. Ejemplo: CO3Ca.
Estructura ordenada: la disposición en el espacio de los átomos e iones
minerales cristalinos debe acomodarse a la estructura atómica de un mineral
completo.
-Las rocas agregados de minerales:
Los minerales son las sustancias químicas de las cuales están hechas las rocas.
Una especie de mineral puede definirse por un conjunto de características físicas:
calor, densidad, manera de romper, etc…
Así podemos decir que una roca es un agregado natural coherente y
multigranular formado por uno o más minerales.
La estructura interna de un cristal se refiere a la disposición interna ordenada de
un sólido cristalino.
-Materia amorfa y materia cristalina:
En la naturaleza existe lo que se llama minerales amorfos (vítreos) y minerales
de gel (cristalinos). Los geles son mezclas de agua con otros compuestos, como por
ejemplo: las gelatinas.
La materia cristalina es aquella que está íntimamente ordenada, sin embargo
aquella en la que sus partículas no están ordenadas se denomina amorfa.
Simetría cristalina y forma externa de un cristal.
La condición de cristalino se expresa de dos maneras: por su forma y su
estructura atómica interna. La forma externa de un sólido cristalino es un cristal, que es
un sólido geométrico regular delimitado por caras, que son superficies planas, que se
cortan a lo largo de líneas rectas y dan bordes rectos. Las aristas convergen para formar
ángulos bien marcados, imperfecciones, isomorfismo, soluciones sólidas y
polimorfismo.
El cristal no es perfecto, sino que tiene una serie de defectos y existe la
posibilidad de que aparezcan errores en la estructura de un cristal originado por miles de
millones de átomos. A estos errores se denominan imperfecciones respecto a un cristal
ideal.
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-Procesos de formación de cristales:
Los cristales desarrollan su forma mediante la cristalización. Este proceso de
adicción de átomos o iones uno a uno, encajan cada uno en un lugar apropiado dentro de
un esquema o armazón tridimensional conocido como malla cristalina.
Los cristales pueden formarse de una solución, de un medio fundido o de un gas:
 Cristalización de una solución: al disolver sal en agua y, como consecuencia del
sol, el agua se evapora y la sal se concentra cada vez más hasta que precipita y
forma un cristal.
 Cristalización por descenso de la temperatura y presión: si calentamos una
solución y la dejamos enfriar llega un momento en el que la solución se satura y
forma un cristal.
 Cristalización por fusión: el magma, cuando se enfría, produce que los iones se
atraigan unos por otros para formar núcleos cristalinos de los distintos
minerales. La cristalización se produce por el aporte de los iones en las mismas
proporciones de las distintas partículas minerales de la roca sólida resultante.
El cristal real y las condiciones ambientales.
Un cristal, por lo tanto, debe ser descrito como formado por un gran número de
unidades extraordinariamente pequeñas distribuidas en una serie de repetición
tridimensional.
Estas unidades se distribuyen en puntos de una red tridimensional que viene
definida por tres direcciones y las distancias según las cuales se repiten.
Solo existen 14 tipos de redes espaciales según Bravais en 1848. La unidad más
elemental de estas redes es conocida como celda unidad y se diferencia entre sí por
la longitud de las aristas y los ángulos α, β y γ entre los cristales.
Las unidades estructurales que se unen en el espacio reticular para formar los
cristales son los átomos o grupos de átomos. Esos átomos, en los elementos nativos,
están cargadas pero con más frecuencia están cargados eléctricamente, a lo que
llamamos iones:
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Ión cargado positivamentecatión.
Ion cargado negativamenteanión.
La distribución en el espacio de los iones y grupo de iones y, la magnitud
eléctrica que los mantienen unidos, forman la estructura del cristal.
Imperfecciones cristalinas.
Los cristales reales son cristales porque existe
imperfección respecto a un cristal ideal. Los cristales reales
son cristales porque existen imperfecciones en él y, éstas
solo son un número finito ya que, si no fuese así, el cristal
se transformaría en un fluido. Las imperfecciones se pueden
agrupar en los siguientes grupos:
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Imperfecciones por extensión: las caras del cristal pueden estas rotas o
desviadas.
Imperfecciones por composición química: se produce cuando en una de las caras
o celdas falta un átomo.
Imperfecciones por integridad estructural y dinámica de los elementos
componentes: pueden existir imperfecciones en la formación del cubo o que los
átomos o iones roten y la estructura no se parezca a la del cristal.
Polimorfismo e isomorfismo.
Cuando dos minerales presentan la misma composición química y distinta
estructura atómica es lo que conocemos como polimorfismo. El grafito y el diamante
son un ejemplo de este caso, también lo son el cuarzo y la tridimita.
Cuando dos sustancias tienen formula química análoga y similar cristalografía es
lo que conocemos como isomorfismo. Los cristales químicos de mezcla isomorfa son
los que se sustituyen en una mezcla isomorfa para formar cristales mixtos.
Propiedades de los cristales.
Del estudio de las propiedades de los cristales se ocupa la cristalografía (cristal
física). Estas propiedades físicas de los minerales se obtienen al someterlos a acciones
físicas.
Se llaman cuerpos isótropos a aquellos en los cuales una misma propiedad física
se mantiene en igual intensidad en cualquier dirección. Son anisótropos cuando la
intensidad cambia según la dirección.
Los cuerpos amorfos y los que cristalizan en el sistema cúbico son isótropos,
mientras que los demás cuerpos en estado cristalino son los anisótropos.
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Si las propiedades de un mineral cambian según la dirección en la que se miden,
dichas propiedades son vectoriales. Además dependen de la relación entre los
átomos e iones que forman el mineral.
Si dichas propiedades no varían según la dirección se llaman escalares.
Si las propiedades dependen de la luz, reciben el nombre de ópticas
Si el mineral es atraído por un imán se llama paramagnético y cuando el mineral
no es atraído por un imán se llama diamagnético.
Si las propiedades del mineral dependen de la electricidad el mineral puede ser
conductor o aislante.
-Propiedades vectoriales:
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Exfoliación y fractura: tendencia a romperse a lo largo de superficies de
debilidad planar. Estas superficies se conocen como planos de exfoliación y
guardan relación tanto con la estructura interna como con la externa.
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Dureza: grado en que una superficie de un mineral resiste a ser rayada. Hay una
escala (escala Mohs) que nos permite saber la dureza de los minerales. Esta
escala va del 1 al 10 estando distribuida de esta manera: 1-Talco, 2-Yeso, 3Calcita, 4-Fluodita, 5-Apatita, 6-Oustosa, 7-Cuarzo, 8-Topacio, 9-Corundio y
10-Diamante.
-Propiedades escalares:
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Peso específico y densidad: Cada mineral tiene un peso definido por centímetro
cúbico; este peso característico se describe generalmente comparándolo con el
peso de un volumen igual de agua; el número de masa resultante es lo que se
llama 'peso específico' o 'densidad' del mineral. Depende especialmente de la
composición y permite diferenciar algunos minerales por su alto peso.
-Propiedades ópticas:
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Brillo: aspecto de la superficie de un mineral cuando se refleja la luz, este reflejo
puede ser metálico o ametálico.
Color: propiedad constante y definida que sirve para la identificación de un
mineral.
Rayo: color del polvo fino de un material.
-Propiedades eléctricas y magnéticas:
Un mineral es piroeléctrico si cuando varía la temperatura en los extremos del
mismo se producen cargas eléctricas en sentido contrario. Decimos que existe
piezoelectricidad cuando se desarrolla una carga eléctrica sobre una superficie
cristalina, debido a la presión sobre los extremos de un eje cristalográfico.
Clasificación química.
El criterio de clasificación está basado en el catión más importante de los
minerales, de donde diferenciamos los siguientes tipos de minerales:
-Elementos nativos: no tienen composición con otro mineral, son minerales puros.
-Sulfuros: aquellos que están basados en una composición de metal con: azufre, seteno
o teluro.
-Halogenuros: compuesto de los halógenos con cloruro sódico, fluorita…
-Óxidos e hidróxidos: los óxidos son aquellos que son metales combinados con oxígeno
y los óxidos metálicos o hidróxidos son aquellos que contienen el grupo OH.
-Nitratos, carbonatos y boratos: NO3, CO3, BO4.
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-Silicatos: constituyen casi el 25% de los minerales conocidos, cerca del 40% de los
minerales más corrientes y, con algunas excepciones, todos los minerales que forman
las rocas ígneas.
En la corteza terrestre de cada 100 átomos más del 60% son de oxígeno, 20% de
silicio y 6%-7% de aluminio, así que podemos considerar la corteza terrestre como un
almacén de iones de oxígeno unidos en configuraciones de mayor o menor complejidad
por iones, Si, Al.
La unidad elemental de todos los silicatos
consiste en cuatro iones de oxígeno en los vértices de
un tetraedro regular rodeando a un ion silicio
tetravalente y coordinados por este.
El enlace que une los elementos silicio (iones) y oxigeno es literalmente el
cemento que une la corteza terrestre. Este enlace puede ser considerado como 50%
iónico y covalente.
El oxígeno está en los vértices rodeando al silicio tetravalente que está en el
centro. El oxígeno tiene la actual actitud de formar otros enlaces.
Esa disposición de tetraedros se pueden unir formando anillos, cadenas doble o
láminas, por ejemplo.
El ciclo de las rocas.
Este ciclo implica a tres grandes tipos de rocas: las ígneas, metamórficas y
sedimentarias. Este ciclo está muy relacionado con la tectónica de placas, la cual actúa
como un flujo natural.
Las rocas ígneas experimentan una desintegración y un cambio químico que da
lugar a las rocas metamórficas.
A través de este ciclo grandes rocas se trasladan desde el ambiente profundo
hasta el ambiente superficial. Este cambio puede producirse de dos maneras: por
ascenso del magma o por levantamiento cortical y de enulación.
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El proceso contrario de transición desde el ambiente superficial al ambiente
profundo puede ser por: enterramiento o hundimiento.
Así pues, la energía requerida para fundir las rocas sólidas y para impulsar el
magma, se genera internamente como calor producido a partir de procesos de sustancias
radiactivas. De modo también que la energía para romper la superficie y retirar los
sedimentos la tiene el sol.
Estructura y textura.
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Estructura: es el conjunto de características que se pueden observar en los
sedimentos y en las rocas sobre el afloramiento. Vista de campo.
Textura: es el conjunto de relaciones entre todos los minerales componentes del
mismo que se observan al microscopio.