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Cristaloquímica y Cristaloquímica y Mineralogía de SilicatosMineralogía de Silicatos

Métodos de Estudios de Asociaciones Minerales

1. Introducción1. Introducción

Formados Formados esencialmente por esencialmente por grupos grupos tetraédricos tetraédricos [[SiOSiO44]]44--

Minerales pertenecientes a la Minerales pertenecientes a la Clase VIIIClase VIII((StruntzStruntz, Dana), Dana)

Características físicas:Características físicas:

•• Brillo no metálicoBrillo no metálico•• Raya blancaRaya blanca•• Dureza elevadaDureza elevada

IntroducciónIntroducción

IntroducciónIntroducciónGeneralidades• Grupo mineral con más especies (~25%)• Constituyen el 92% de la corteza terrestre• Componentes mayoritarios de los suelos

• Interés industrial:

a. Cerámica y vidrio (arcillas, cuarzo, nefelina, feldespatos, talco)

b. Refractarios (asbestos, aluminosilicatos)c. Abrasivos (cuarzo, granates, wollastonita) d. Absorbentes y filtrantes (zeolitas, arcillas)e. Electrónica (micas, cuarzo, turmalina)

2. Estructura general2. Estructura general• La unidad estructural de los silicatos es el grupo tetraédrico [SiO4]4-

• El enlace [Si4+]-[O2-] es muy fuerte (50% iónico, 50% covalente)

• Los tetraedros pueden “polimerizarse” (unirse por uno o más O en común):

• Dos tetraedros consecutivos solo pueden compartir un O

• Así se construyen todas las estructuras de silicatos

• Conociendo la estructura se deducen muchas propiedades físicas

Estructura generalEstructura general• Las cargas negativas se compensan compartiendo O y con la entrada de cationes• La coordinación de los cationes con el O depende del radio iónico:

6/86/88/12

1.00/1.121.02/1.181.51/1.64

Ca2+

Na+

K+

6

0.610.650.720.780.83

Ti4+

Fe3+

Mg2+

Fe2+

Mn2+

44/6

0.260.39/0.54

Si4+

Al3+

No. de coordinaciónRadio iónico (Å)Catión

Estructura generalEstructura general• El Al3+ puede ocupar posiciones tetraédricas y octaédricas

• En la mayoría de silicatos hay sustituciones iónicas; forman soluciones sólidas completas o parciales:

XaYb(ZcOd)WeX = K, Na, Can.c. elevado

Y = Mg, Fe, Mn, Ti, Alcoordinación octaédrica (n.c. 6)

Z = Si, Al coordinación tetraédrica (n.c.4)

W = F-, Cl-, OH-

3. Clasificación de los silicatos3. Clasificación de los silicatos• Se clasifican en 6 subclases en función de los posibles arreglos de los tetraedros [SiO4]4-

1) Nesosilicatos

2) Sorosilicatos

3) Ciclosilicatos

4) Inosilicatos

5) Filosilicatos

6) Tectosilicatos

Otros:

a. Silicatos no clasificados

b. Germanatos

1

2

3

4

4

5

6

3.1. Nesosilicatos (3.1. Nesosilicatos (ortosilicatosortosilicatos))• Tetraedros unidos con enlaces iónicos de cationes intersticiales

• Relación Si:O = 1:4 [SiO4]4- (o 1:5)

• Empaquetamiento denso: densidad y dureza elevadas

• Hábito equidimensional

• No exfoliación

• Poca sustitución de Al3+ en los tetraedros

[SiO4]4-

1) Grupo del olivino

M1 y M2 octaedros:

M1: distorsionado

M2: regular

Mg, Fe: en M1 y M2

Ca: solo en M2

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

• Forsterita (Mg)• Fayalita (Fe)• Tefroíta (Mn)

Grupo del olivino

2) Grupo de los granates

A2+3B3+

2(SiO4)3A: divalente, n.c. 8

B: trivalente, n.c. 6

• Series:

Principales grupos de nesosilicatos

Uvarovita Ca-Cr3+

Grosularia Ca-AlAndradita Ca-Fe3+

Piropo Mg-AlAlmandino Fe2+-Al

Espesartina Mn2+-Al

UGRANDITAPIRALSPITA

• Otros: Goldmanita (V3+)

Grupo de los granates

A: divalenteB: trivalente


• Sistema cúbico• Hidrotermal, magmático, metamórfico

d) dodecaedron) trapezoedros) hexaquisoctaedro


• Extensión de las soluciones sólidas

3) Grupo de los aluminosilicatos

Al2SiO5• En rocas metamórficas alumínicas

• Tres polimorfos:

Sillimanita

Andalucita

Cianita

Principales grupos de nesosilicatos

3.2. Sorosilicatos (3.2. Sorosilicatos (disilicatosdisilicatos))

• Grupos tetraédricos dobles (a veces incluyen tetraedros aislados)

• Relación Si:O = 2:7 [Si2O7]6-

• Pocas especies minerales

[Si2O7]6-

1) Grupo de la epidotaPrincipales grupos de sorosilicatos

A2B3O(SiO4)(Si2O7)(OH)A: Ca, REE

B: Fe, Mg, Al, Mn

N.C.: A = 8 ; B = 6• Monoclínico

• Metamorfismo, skarns

• Especies principales:

Clinozoisita Ca-AlEpidota Ca-(Al,Fe)Allanita (Ca,Ce)-(Al,Fe)

Grupo de la epidota

A2B3O(SiO4)(Si2O7)(OH)

3.3. Ciclosilicatos3.3. Ciclosilicatos

• Formados por anillos de tetraedros enlazados

• Relación 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)Elbaíta Na(Li,Al)3Al6B3Si6(O,OH)30(OH,F)

2) Grupo del beriloPrincipales grupos de ciclosilicatos

Al2Be3(Si6O18)Si6O18 anillos de tetraedros perpendiculares a cBe en coordinación 4

Al en coordinación 6

Be y Al unen los anillos horizontal y verticalmente

• En los anillos caben cationes y grupos moleculares

• Pegmatitas, granitos, esquistos (esmeraldas)

3) CordieritaPrincipales grupos de ciclosilicatos

Mg2Al4Si5O18• Metapelitas, gneis, granitos alumínicos

3.4. Inosilicatos3.4. Inosilicatos• Tetraedros enlazados en cadenas

• Las cadenas pueden unirse lateralmente formando cadenas dobles o bandas

• Hábito prismático

• Exfoliaciones paralelas a c• Hay dos grupos: (a) piroxenos y (b) anfíboles

1) Grupo de los piroxenosPrincipales grupos de Inosilicatos

• Cadenas simples de tetraedros

• Relación Si:O = 1:3 [Si2O6]4-

XYZ2O6X: Na, Ca, Mn, Fe2+, Mg, Li (octaedros M2, grandes)

Y: Mn, Fe, Al, Cr, Ti (octaedros M1, pequeños)

Z: Si, Al (tetraedros)

• Ortopiroxenos (rómbicos), Clinopiroxenos (monoclínicos)

• Rocas magmáticas y metamórficas

Grupo de los piroxenos

• Tipos de cadenas (SiO3)2-


• Hábito prismático

• 2 exfoliaciones paralelas a c


• Clasificación de los piroxenos

2) Grupo de los anfíboles• Cadenas dobles de tetraedros

Relación Si:O = 4:11 [Si4O11]6-

AA00--11BB22YY55ZZ88OO2222((OH,F,ClOH,F,Cl))22

Principales grupos de Inosilicatos

A: Ca, Na, K, Pb (coordinación 10-12)

B: Ca, Fe2+, Li, Mg, Mn2+, Na

(M4 coordinación 6-8)

Y: Al, Cr, Fe, Mg, Mn2+, Ti

(M1, M2, y M3 octaedros)

Z: Si, Al, Be, Ti (tetraedros)

Grupo de los anfíboles• Tipos de cadenas dobles de tetraedros

Grupo de los anfíboles• Hábito prismático

• Exfoliaciones paralelas a c

• Series isomórficas:

Na-Ca y Mg-Fe

• Rocas magmáticas y metamórficas

3.5. Filosilicatos3.5. Filosilicatos• Capas bidimensionales de tetraedros

• Relación Si:O = 2:5 [Si4O10]4-• Hábito planar y exfoliación basal perfecta

• Dureza y densidad bajas

• Elásticos

FilosilicatosFilosilicatos• Todos los vértices no compartidos apuntan al mismo lado de la capa

• Entre las capas puedehaber cationes, grupos OH y moléculas de agua

• Los grupos OH van en el centro de los anilloshexagonales de vértices. Forman posicionesoctaédricas (que puedentener cationes o vacantes)

FilosilicatosFilosilicatos• Posiciones octaédricas:

1)Divalentes (Fe2+, Mg):

Capa tipo brucita Mg(OH)2.

Estructura trioctaédrica

2) Trivalentes (Al):

Capa tipo gibbsita Al2(OH)3.

Estructura dioctaédrica

(1/3 de las posiciones estándesocupadas)

FilosilicatosFilosilicatos• La estructuras se descomponen en capastetraédricas (t) y octaédricas (o)

• A veces el Al entra en lasposiciones t. Para compensarla carga entran cationes (K, Na, Ca) en coordinación 12 entre las capas t-o-t

FilosilicatosFilosilicatos

• La secuencia de apilamiento de capas define el politipismo

1) Grupo de las arcillas•• SilicatosSilicatos alumalumíínicos nicos hidratadoshidratados•• EstructurasEstructuras tt--oo óó tt--oo--tt (con (con enlaces de van derenlaces de van der WaalsWaals))•• Caolinita: AlCaolinita: Al22SiSi22OO55(OH)(OH)44

Principales grupos de Filosilicatos

vermiculita

caolinita

2) Grupo de las micas

•• EstructurasEstructuras tt--oo--t, con t, con cationescationes entreentre capascapas (K, Ca, Na)(K, Ca, Na)


3) Grupo de las cloritas

••ArreglosArreglos tt--oo--t, con t, con capascapas octaoctaéédricasdricas entreentre ellosellos

•• No No tienentienen Na Na nini Ca Ca


3) Grupo de las cloritas

3.6. Tectosilicatos3.6. Tectosilicatos• Minerales más abundantes de la corteza

• Armazones tridimensionales de tetraedros, con todos los O compartidos

• Relación Si:O = 1:2 [SiO2]• Enlaces muy fuertes

1) Grupo de la sílice

• SiO2, neutro, no contiene ningún otro elemento

• Existen 9 arreglos diferentes o polimorfos

Principales grupos de Tectosilicatos


Cohesita

Cuarzo


• Cuarzo: trigonal

2) Grupo de los feldespatos

• Estructura derivada de la anterior, con la entrada de Al en los tetraedros e incorporación de cationes (K, Na, Ca)

XZ4O8


X: Ca, K, Na (Ba, Sr) (n.c. alto)

Z: Al, Si (tetraedros)

• La sustitución Si-Al puede ser ordenada (triclínicos) o desordenada (monoclínicos)

Grupo de los feldespatos

• Clasificación:

Grupo de los feldespatos

• Polimorfismo:

3) Grupo de las zeolitas

• Aluminosilicatos con Na, Ca, K, hidratados.

• Estructuras muy amplias con grandes cavidades y túneles

• Permiten el intercambio y desplazamiento de cationes y de agua

• Tienen muchas aplicaciones industriales

• Alteración de rocas volcánicas, hidrotermales


Grupo de las zeolitas

Natrolita Na2Al2Si3O10·2H2O

Chabacita CaAl2Si4O12·6H2O

Heulandita CaAl2Si7O18·6H2O

Estilbita NaCa2Al5Si13O36·14H2O

Estilbita

BibliografíaBibliografíaFiguras tomadas de:Figuras tomadas de:Deer, W.A., Howie, R.A., Zussman, J. (1992): An

introduction to the rock-forming minerals. LongmanScientific & Technical, UK. 696 pp.

Klein, C., Hurlbut, C. (1997): Manual de mineralogía. Reverté S.A., 679 pp.

Zoltai, T., Stout, J.H. (1985): Mineralogy concepts andprinciples. Burgess Publishing Company, USA. 505 pp.

De Internet:De Internet:http://webmineral.com/http://www.mindat.org/http://ruby.colorado.edu/~smyth/Home.htmlhttp://www.simplethinking.com/

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