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Mtodos de Estudios de Asociaciones Minerales

Cristaloqumica y Mineraloga de Silicatos

1. IntroduccinMinerales pertenecientes a la Clase VIII (Struntz, Dana) Formados esencialmente por grupos tetradricos

[SiO4]4-

IntroduccinCaractersticas fsicas: Brillo no metlico Raya blanca Dureza elevada

IntroduccinGeneralidades Grupo mineral con ms especies (~25%) Constituyen el 92% de la corteza terrestre Componentes mayoritarios de los suelos Inters industrial: a. Cermica y vidrio (arcillas, cuarzo, nefelina, feldespatos, talco) b. Refractarios (asbestos, aluminosilicatos) c. Abrasivos (cuarzo, granates, wollastonita) d. Absorbentes y filtrantes (zeolitas, arcillas) e. Electrnica (micas, cuarzo, turmalina)

2. Estructura general La unidad estructural de los silicatos es el grupo tetradrico [SiO4]4 El enlace [Si4+]-[O2-] es muy fuerte (50% inico, 50% covalente) Los tetraedros pueden polimerizarse (unirse por uno o ms O en comn): Dos tetraedros consecutivos solo pueden compartir un O As se construyen estructuras de silicatos todas las

Conociendo la estructura se deducen muchas propiedades fsicas

Estructura general Las cargas negativas se compensan compartiendo O y con la entrada de cationes La coordinacin de los cationes con el O depende del radio inico:CatinSi4+ Al3+ Ti4+ Fe3+ Mg2+ Fe2+ Mn2+ Ca2+ Na+ K+

Radio inico ()0.26 0.39/0.54 0.61 0.65 0.72 0.78 0.83 1.00/1.12 1.02/1.18 1.51/1.64

No. de coordinacin4 4/6

6

6/8 6/8 8/12

Estructura general El Al3+ puede octadricas ocupar posiciones tetradricas y En la mayora de silicatos hay sustituciones inicas; forman soluciones slidas completas o parciales:

XaYb(ZcOd)WeX = K, Na, Ca n.c. elevado Y = Mg, Fe, Mn, Ti, Al coordinacin octadrica (n.c. 6) Z = Si, Al coordinacin tetradrica (n.c.4) W = F-, Cl-, OH-

3. Clasificacin de los silicatos Se clasifican en 6 subclases en funcin de los posibles arreglos de los tetraedros [SiO4]41) Nesosilicatos3 5 1 2 4

2) Sorosilicatos 3) Ciclosilicatos 4) Inosilicatos 5) Filosilicatos 6) Tectosilicatos Otros: a. Silicatos no clasificados b. Germanatos

4 6

3.1. Nesosilicatos (ortosilicatos) Tetraedros unidos con enlaces inicos de cationes intersticiales Relacin Si:O [SiO4]4- (o 1:5) = 1:4

Empaquetamiento denso: densidad y dureza elevadas Hbito equidimensional No exfoliacin Poca sustitucin de Al3+ en los tetraedros

[SiO4]4-

1) Grupo del olivino

A2+(SiO4)A: Fe, Mg, Mn, Ni, Ca Forsterita (Mg) Fayalita (Fe) Tefrota (Mn)

M1 y M2 octaedros: M1: distorsionado M2: regular Mg, Fe: en M1 y M2 Ca: solo en M2

Grupo del olivino

Grupo del olivino

Principales grupos de nesosilicatos2) Grupo de los granates

A2+3B3+2(SiO4)3A: divalente, n.c. 8 B: trivalente, n.c. 6 Series: PIRALSPITA Piropo Mg-Al Almandino Fe2+-Al Espesartina Mn2+-Al Otros: Goldmanita (V3+) UGRANDITA Uvarovita Ca-Cr3+ Grosularia Ca-Al Andradita Ca-Fe3+

Grupo de los granates

A: divalente B: trivalente

Grupo de los granates Sistema cbico Hidrotermal, magmtico, metamrfico

d) dodecaedro n) trapezoedro s) hexaquisoctaedro

Grupo de los granates Extensin de las soluciones slidas

Principales grupos de nesosilicatos3) Grupo de los aluminosilicatos

Al2SiO5 En rocas metamrficas alumnicas Tres polimorfos: Sillimanita Andalucita Cianita

3.2. Sorosilicatos (disilicatos) Grupos tetradricos tetraedros aislados) Pocas especies minerales dobles (a veces incluyen

Relacin Si:O = 2:7 [Si2O7]6-

[Si2O7]6-

Principales grupos de sorosilicatos1) Grupo de la epidota

A2B3O(SiO4)(Si2O7)(OH)A: Ca, REE B: Fe, Mg, Al, Mn N.C.: A = 8 ; B = 6 Monoclnico Metamorfismo, skarns

Especies principales: Clinozoisita Ca-Al Epidota Ca-(Al,Fe) Allanita (Ca,Ce)-(Al,Fe)

Grupo de la epidotaA2B3O(SiO4)(Si2O7)(OH)

3.3. Ciclosilicatos Formados por anillos de tetraedros enlazados Relacin Si:O = 1:3 Hay varios anillos posibles:

[Si3O9]6[Si4O12]8[Si6O18]12-

1) Grupo de las turmalinas Trigonal Principales especies:Dravita NaMg3Al6B3Si6(O,OH)30(OH,F) Schorl Na(Fe,Mn)3Al6B3Si6(O,OH)30(OH,F) Elbata Na(Li,Al)3Al6B3Si6(O,OH)30(OH,F)

Principales grupos de ciclosilicatos2) Grupo del berilo

Al2Be3(Si6O18)Si6O18 anillos de tetraedros perpendiculares a cBe en coordinacin 4 Al en coordinacin 6 Be y Al unen los anillos horizontal y verticalmente En los anillos caben cationes y grupos moleculares

Pegmatitas, granitos, esquistos (esmeraldas)

Principales grupos de ciclosilicatos3) Cordierita

Mg2Al4Si5O18 Metapelitas, gneis, granitos alumnicos

3.4. Inosilicatos Tetraedros enlazados en cadenas Las cadenas pueden unirse lateralmente formando cadenas dobles o bandas Hbito prismtico Exfoliaciones paralelas a c Hay dos grupos: (a) piroxenos y (b) anfboles

Principales grupos de Inosilicatos1) Grupo de los piroxenos Cadenas simples de tetraedros Relacin Si:O = 1:3 [Si2O6]4-

XYZ2O6X: Na, Ca, Mn, Fe2+, Mg, Li (octaedros M2, grandes) Y: Mn, Fe, Al, Cr, Ti (octaedros M1, pequeos) Z: Si, Al (tetraedros) Ortopiroxenos (rmbicos), Clinopiroxenos (monoclnicos)

Rocas magmticas y metamrficas

Grupo de los piroxenos Tipos de cadenas (SiO3)2-

Grupo de los piroxenos Hbito prismtico 2 exfoliaciones paralelas a c

Grupo de los piroxenos Clasificacin de los piroxenos

Principales grupos de Inosilicatos2) Grupo de los anfboles Cadenas dobles de tetraedros Relacin Si:O = 4:11 [Si4O11]6-

A0-1B2Y5Z8O22(OH,F,Cl)2A: Ca, Na, K, Pb (coordinacin 10-12) B: Ca, Fe2+, Li, Mg, Mn2+, Na (M4 coordinacin 6-8) Y: Al, Cr, Fe, Mg, Mn2+, Ti (M1, M2, y M3 octaedros) Z: Si, Al, Be, Ti (tetraedros)

Grupo de los anfboles Tipos de cadenas dobles de tetraedros

Grupo de los anfboles Hbito prismtico Exfoliaciones paralelas a c Series isomrficas: Na-Ca y Mg-Fe Rocas magmticas y metamrficas

3.5. Filosilicatos Capas bidimensionales de tetraedros Relacin Si:O = 2:5 [Si4O10]4 Hbito planar y exfoliacin basal perfecta Dureza y densidad bajas Elsticos

Filosilicatos Todos los vrtices no compartidos apuntan al mismo lado de la capa Entre las capas puede haber cationes, grupos OH y molculas de agua Los grupos OH van en el centro de los anillos hexagonales de vrtices. Forman posiciones octadricas (que pueden tener cationes o vacantes)

Filosilicatos Posiciones octadricas:1)Divalentes (Fe2+, Mg): Capa tipo brucita Mg(OH)2. Estructura trioctadrica 2) Trivalentes (Al): Capa tipo gibbsita Al2(OH)3. Estructura dioctadrica (1/3 de las posiciones estn desocupadas)

Filosilicatos La estructuras descomponen en tetradricas (t) octadricas (o) se capas y

A veces el Al entra en las posiciones t. Para compensar la carga entran cationes (K, Na, Ca) en coordinacin 12 entre las capas t-o-t

Filosilicatos La secuencia de apilamiento de capas define el politipismo

Principales grupos de Filosilicatos1) Grupo de las arcillas Silicatos alumnicos hidratados Estructuras t-o t-o-t (con enlaces de van der Waals) Caolinita: Al2Si2O5(OH)4 caolinita

vermiculita

Principales grupos de Filosilicatos2) Grupo de las micas Estructuras t-o-t, con cationes entre capas (K, Ca, Na)

Principales grupos de Filosilicatos3) Grupo de las cloritas Arreglos t-o-t, con capas octadricas entre ellos No tienen Na ni Ca

3) Grupo de las cloritas

3.6. Tectosilicatos Minerales ms abundantes de la corteza Armazones tridimensionales de tetraedros, con todos los O compartidos Relacin Si:O = 1:2

[SiO2]

Enlaces muy fuertes

Principales grupos de Tectosilicatos1) Grupo de la slice SiO2, neutro, no contiene ningn otro elemento Existen 9 arreglos diferentes o polimorfos

1) Grupo de la slice Cohesita Cuarzo

1) Grupo de la slice Cuarzo: trigonal

Principales grupos de Tectosilicatos2) Grupo de los feldespatos Estructura derivada de la anterior, con la entrada de Al en los tetraedros e incorporacin de cationes (K, Na, Ca)

XZ4O8X: Ca, K, Na (Ba, Sr) (n.c. alto) Z: Al, Si (tetraedros) La sustitucin Si-Al puede ser ordenada (triclnicos) o desordenada (monoclnicos)

Grupo de los feldespatos Clasificacin:

Grupo de los feldespatos Polimorfismo:

Principales grupos de Tectosilicatos3) Grupo de las zeolitashidratados.

Aluminosilicatos con Na, Ca, K,

Estructuras muy amplias con grandes cavidades y tneles Permiten el intercambio y desplazamiento de cationes y de agua Tienen muchas industriales aplicaciones

Alteracin de rocas volcnicas, hidrotermales

Grupo de las zeolitas Natrolita Na2Al2Si3O102H2O Chabacita CaAl2Si4O126H2O Heulandita CaAl2Si7O186H2O Estilbita NaCa2Al5Si13O3614H2O

Estilbita

BibliografaFiguras tomadas de:Deer, W.A., Howie, R.A., Zussman, J. (1992): An introduction to the rock-forming minerals. Longman Scientific & Technical, UK. 696 pp. Klein, C., Hurlbut, C. (1997): Manual de mineraloga. Revert S.A., 679 pp. Zoltai, T., Stout, J.H. (1985): Mineralogy concepts and principles. Burgess Publishing Company, USA. 505 pp. De Internet:http://webmineral.com/ http://www.mindat.org/ http://ruby.colorado.edu/~smyth/Home.html http://www.simplethinking.com/