minerales formadores de rocas
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GEOLOGIA GENERAL
MINERALES FORMADORES DE ROCAS
1.SILICATOS
Los silicatos son el grupo de minerales de mayor abundancia, pues constituyen más del 95% de la corteza terrestre, además del grupo de más importancia geológica por ser petrogénicos, es decir, los minerales que forman las rocas. Todos los silicatos están compuestos por silicio y oxígeno. Estos elementos pueden estar acompañados de otros entre los que destacan aluminio, hierro, magnesio o calcio Químicamente los silicatos son sales del ácido silícico. Los silicatos, así como los aluminosilicatos, son la base de numerosos minerales que tienen al tetraedro de silicio-oxígeno (un átomo de silicio coordinado tetraédricamente a átomos de oxígeno) como su estructura básica: feldespatos, micas, arcillas.
Los silicatos forman materiales basados en la repetición de la unidad tetraédrica SiO4
4-. La unidad SiO44- tiene cargas negativas que
generalmente son compensadas por la presencia de iones de metales alcalinos o alcalinotérreos, así como de otros metales como el aluminio.
Los silicatos forman parte de la mayoría de las rocas, arenas y arcillas. También se puede obtener vidrio a partir de muchos silicatos. Los átomos de oxígeno pueden compartirse entre dos de estas unidades SiO4
4-, es decir, se comparte uno de los vértices del tetraedro. Por ejemplo, el disilicato tiene como fórmula [Si2O5]6- y, en general, los silicatos tiene como fórmula [(SiO3)2-]n.
En el caso de que todos los átomos de oxígeno estén compartidos, y por tanto la carga está neutralizada, se tiene una red tridimensional denominada sílice o dióxido de silicio, SiO2.
2.CLASIFICACIÓN
Las propiedades de los silicatos dependen más de la estructura cristalina en que se disponen sus átomos que de los elementos
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químicos que constituyen su fórmula. Más concretamente, dependen de la forma en que se dispone y enlaza con los iones la unidad fundamental de los silicatos, el tetraedro de (SiO4)4-.
La diferencia entre los distintos grupos es la forma en que estos tetraedros se unen. Se distinguen así las siguientes subclases:
Nesosilicatos: Con tetraedros sueltos, de forma que cada valencia libre del tetraedro queda saturada por un catión distinto del silicio. Sus fórmulas serán (SiO4)4-. Se agrupan en:
o Zircones o Olivinos o Granates o Nesosubsilicatos
Sorosilicatos: Con dos tetradros unidos por un vértice para formar un grupo (Si2O7)6-. Se agrupan en:
o Epidotas o Melilitas o Torveititas o Hemimorfitas o (Calamina) o Lawsonita
Ciclosilicatos: Con grupos de tres, cuatro o seis tetraedros, unidos en anillo. Se agrupan en:
o Tetraedritas o Turmalinas o Variedades de la turmalina, chorlo, dravita, indigolita,
lidicoaita, elbaita, rubelita o Berilos o Variedades del berilo, esmeralda,morganita, o Cordieritas o Dioptasas
Inosilicatos: Con grupos de tetraedros unidos en largas cadenas de longitud indefinida. Los más comunes son los que presentan cadenas simples, los llamados piroxenos, mientras que los llamados anfíboles tienen cadenas dobles. Esta estructura dota a estos minerales de hábito fibroso. Se agrupan en:
o Piroxenos o Anfíboles o Piroxenoides o Anfiboloides
Filosilicatos: Con tetraedros unidos por tres vértices a otros, formando una red plana que se extiende en un plano de
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dimensiones indefinidas. Esta estructura dota a estos silicatos de hábito foliado. Se agrupan en:
o Cloritas o Micas o Talcos o Pirofilitas o Serpentinas o Caolinitas
Tectosilicatos: Con tetraedros unidos por sus cuatro vértices a otros tetraedros, produciendo una malla de extensión tridimensional, compleja. La sustitución de silicio por aluminio en algunos tetraedros permite que en la malla se coloquen cationes. Se agrupan en:
o Cuarzo o Tridimita o Cristobalita o Feldespatos o Zeolitas o Escapolitas
3.ENSAMBLAJE DE LAS ESTRUCTURAS DE SILICATOS
La mayoría de las estructuras silicatadas no son compuestos químicos neutros. Por lo tanto estan neutralizadas por la inclusión de cationes metalicos. Los cationes que mas a menudo enlazan las estructuras silicatadas son los correspondientes a los elementos Hierro (Fe), Magnesio (Mg), Potasio (K), Sodio (Na), Aluminio (Al) y Calcio (Ca).
Los iones de aproximadamente el mismo tamaño son capaces de sustituirse libremente entre si. Por ejemplo: los iones de Hierro (Fe2+) y magnesio (Mg2+) son casi del mismo tamaño y se sustituyen sin alterar la estructura del mineral.
Un mineral de este tipo suele expresarse mediante una formula química en la que se utilizan paréntesis para demostrar el componente variable. Por ejemplo el olivino, (Mg, Fe)SiO4, que es el silicato de magnesio/hierro; es decir: Mg2+ y Fe2+ pueden sustituirse sin alterar la estructura.
A veces los iones que se intercambian no tienen la misma carga eléctrica. Por ejemplo, cuando el calcio (Ca2+) dustituye al sodio (Na1+), la estructura gana una carga positiva.
Entre los constituyentes principalesde los silicatos solo el oxigeno es un anion, ya que estos son negativos son parte funtamental para la unión de estructuras, esta esta cerca de las positivas y alejada de las negativas.
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La mayoría de los silicatos consisten en un entramado básico compuesto por un solo catión de sikicio o aluminio rodeado por cuatro iones de oxigeno con cargas negativas. Esos tetraedros a menudo se unen para formar una diversidad de otras estructuras silicatadas (cadenas, laminas, etc.) a través de atomos de oxigeno compartido. Por ultimo, los otros cationes se unen con los atomos de oxigeno de esas estructuras silicatadas para crear las estructuras cristalinas mas complejas que caracterizan los silicatos.
4.ESTRUCTURAS DE LOS SILICATOS
Todo los silicatos tienen una estructura geométrica definida, el
tetraedro silicio-oxigeno, formado por cuatro átomos de oxígeno.
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SiO4
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Esta estructura consiste en cuatro iones de oxigeno que rodean a
un ion de silicio mucho menor.
Un tetraedro podrá compartir ninguno, uno, dos, tres o sus cuatro
oxígenos dando lugar a diferentes tipos de estructuras, a la base de
la clasificación de los silicatos.
4.1OTRAS ESTRUCTURAS DE LOS SILICATOS
Otras de las estructuras de los silicatos son de cationes que
proporciona la carga eléctrica, estos pueden unirse entre si según
la variedad de configuraciones para formar cadenas sencillas,
cadena dobles o estructuras laminares esta unión se produce
porque los átomo de silicio de tetraedros comparten átomos de
oxigeno.
Tetraedros Aislados: Olivina
La estructura atómica más sencilla contiene aniones de
silicato individuales y cationes de metal, generalmente hierro
(Fe) y magnesio (Mg). Por consiguiente, se necesitan
2 átomos de Fe2+ o Mg2+
Para equilibrar la carga Si (+4) de silicato. La olivina es el
más común de los silicatos de este tipo y conforma la
mayoría del manto.
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OLIVINA
Cadenas de tetraedros: Piroxenos y amfíboles1
Cuando los aniones silicato se polimerizan, comparten un
átomo de oxígeno con un tetraedro vecino formando largas
estructuras encadenadas y negativas, las cadenas se unen a
los cationes de metal como el Fe2+, Mg2+, y Ca2+ para equilibrar
esa carga negativa. Las cadenas sencillas de silicatos incluyen
un grupo común llamado piroxenos
PIROXENO
1Los amfíboles tienden a formar cristales prismáticos con dos clivajes planos separados a 120 grados.
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El piroxeno es uno de los minerales dominantes en este ejemplo de gabro. Es un mineral oscuro y puede ser difícil de reconocer.
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Láminas: Micas y barros
Cuando cada tetraedro comparte tres de sus iones de
oxígeno con otros, se forman láminas.
Las micas2 como la muscovita y la biotita son silicatos
en láminas comunes. Este clivaje3 perfecto produce un
tipo de enlace que ocurre entre las láminas.
MUSCOVITA BIOTITA
Los barros4 son otro silicato en lámina muy importante.
La presencia del agua en ellos lubrica las láminas y es
lo que hace que los barros sean fáciles de trabajar para
crear cerámica.
ESTRUCTURA: QUARZO Y FELDESPATO
2 Las micas tienen clivaje perfecto3 Como la olivina, el cuarzo no tiene clivaje ya que carece de una debilidad natural dentro de su estructura tridimensional4 Los barros incorpora agua en su estructura atómica lo que se pierde al exponerlos al fuego
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Las cadenas dobles se forman cuando un tetraedro comparte el tercer ión de oxígeno con una cadena vecina y se les llama amfíboles
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Cuando cada tetraedro comparte todo sus átomos de
oxígeno con sus tetraédros contiguos, se forma una
estructura tridimensional muy fuerte de enlaces Si-O.
CUARZO
FELDESPATO
5.SILICATOS NO FERROMAGNESIANOS (CLAROS).
Como su nombre indica, los silicatos claros (o no ferromagnesianos) tienen generalmente un color claro y un peso específico de alrededor de 2,7, que es considerablemente inferior al de los silicatos ferromagnesianos. Como se indicó anteriormente, estas diferencias son fundamentalmente atribuibles a la presencia o ausencia de hierro y magnesio.
Los silicatos claros contienen cantidades variables de aluminio, potasio, calcio y sodio, más que hierro y
Magnesio.
Entre los silicatos claros tenemos
La moscovita es un miembro común de la familia de las micas. Su color es claro y tiene un brillo perlado. Como otras micas, la moscovita tiene una excelente exfoliación en una dirección. En láminas finas, la moscovita es transparente, una propiedad que explica su utilización como "vidrio" de las ventanas durante la Edad Media. Dado que la moscovita es muy brillante, a menudo puede identificarse, por los destellos que proporciona, a una roca. Incluso si alguna vez ha mirado de cerca la arena de la playa, quizá haya visto
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el brillo resplandeciente de las escamas de mica dispersas entre los otros granos de arena.
El feldespato, el grupo mineral más común, puede formarse bajo un intervalo muy amplio de temperaturas y presiones, un hecho que explica en parte su abundancia. Tienen dos planos de exfoliación que se encuentran a 90°, o cerca, son relativamente duros (6 en la escala Mohs) y tienen un brillo que oscila entre vitreo y perlado. Como componentes de una roca, los cristales de feldespato pueden identificarse por su forma rectangular y sus caras brillantes bastante lisas. La estructura de los feldespatos es una red tridimensional formada cuando átomos de silicio adyacentes comparten átomos de oxigeno. Además, entre una cuarta parte y la mitad de los átomos de silicio en la estructura del feldespato son sustituidos por átomos de aluminio. La diferencia de carga entre el aluminio (+3) y el silicio (+4) radica en la inclusión de uno o más de los siguientes iones en el retículo cristalino: potasio (+1), sodio (+1) y calcio (+2). Debido al gran tamaño del ion potasio, en comparación con el tamaño de los iones sodio y calcio. Existen dos estructuras diferentes de los feldespatos. LA ORTOSA es un miembro común de un tipo de feldespatos que contiene iones potasio en su estructura. El otro grupo. Denominado plagioclasas. Contiene iones sodio y calcio que se sustituyen libremente linos a otros dependiendo del ambiente existente durante la cristalización.
La ortosa suele ser de color crema claro a rosa salmón. El color de las plagioclasas, por otro lado, oscila entre blanco y grisáceo. Sin embargo, el color no debe utilizarse para distinguir estos grupos. La única forma segura de distinguir físicamente los feldespatos es buscar una multitud de finas líneas paralelas, denominada estriaciones. Las estriaciones se encuentran en algunos planos de exfoliación de las plagioclasas, pero no están presentes en la ortosa
El cuarzo es el único mineral común de los silicatos formado completamente por silicio y oxígeno. Como tal, al cuarzo se le aplica el término de sílice, que tiene la fórmula química (SiO2). Dado que la
estructura del cuarzo contiene una proporción de dos iones de
oxígeno (02- ) por cada ion silicio (Si4+), no se necesitan otros iones positivos para alcanzar la neutralidad.
En el cuarzo se desarrolla un armazón tridimensional al compartir por completo átomos de silicio adyacentes a los oxígenos. Por tanto, todos los enlaces del cuarzo son del grupo silicio-oxígeno fuerte. Por consiguiente, el cuarzo es duro, resistente a la meteorización y no muestra exfoliación. Cuando se rompe, suele exhibir fractura concoide. En su forma pura, el cuarzo es transparente y si se le deja solidificar sin interferencia
formara cristales hexagonales que desarrollan extremos en forma piramidal. Sin embargo, como la mayoría de los otros minerales claros, el cuarzo suele estar coloreado por la inclusión de diversos
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iones (impurezas) y se forma sin desarrollar buenas caras cristalinas. Las variedades mas comunes de cuarzo son el cuarzo lechoso (blanco), el ahumado (gris), el rosa (rosa). la amatista (purpura) y el cristal de roca (transparente)
La arcilla es un término utilizado para describir una variedad de minerales complejos que, como las micas, nene estructura laminar. Los minerales arcillosos suelen ser de grano muy fino y sólo pueden estudiarse al micros-copio. La mayoría de los minerales arcillosos se origina como productos de la meteorización química de otros silicatos. Por tanto, los minerales de arcilla constituyen un gran porcentaje del material superficial que denominados suelo. Debido a la importancia del suelo en la agricultura, y a su papel como material de soporte de los edificios, los minerales de arcilla son extremadamente importantes para los seres humanos. Uno de los minerales de arcilla más comunes es la caolinita, que se utiliza en la fabricación de porcelana y en la producción de papel satinado, como el utilizado en este libro de texto. Además, algunos minerales de la arcilla absorben grandes cantidades de agua, lo que les permite hincharse hasta varias veces su tamaño normal. Estas arcillas se han utilizado comercialmente en multitud de formas ingeniosas, entre ellas como aditivos para engrosar los batidos en los restaurantes de comida rápida
6.SILICATOS OSCUROS
Los silicatos oscuros o ferromagnésicos son minerales ricos en hierro y en magnesio y bajo contenido en sílice entre los más comunes se tienen por ejemplo: el olivino, el anfíbol, el piroxeno, biotita y clorita.
EL OLIVINO
El olivino o peridoto es un mineral del grupo VIII (silicatos), según la clasificación de Strunz, es un nesosilicato de hierro y magnesio. Es normalmente verde parduzco y se halla en las rocas de origen magmático, en las zonas de rift, en sus etapas de apertura, especialmente en los basaltos.
Se forma por cristalización de magmas básicos o ultrabásicos. Es mayoritario en dunitas y peridotitas, asociado a piroxenos y cromitas.
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Formado por una mezcla isomorfa de fayalita y forsterita, sus dos especies extremo, férrica y magnésica, cristaliza en el sistema rómbico piramidal. Su peso específico varía entre 3,27 y 3,37, aumentando a medida que crece su contenido en hierro. A altas presiones (130 kbares) sufre cambios estructurales, se transforma con facilidad en serpentina o silicato hidratado de magnesio separando al mismo tiempo al hierro en forma de magnetita. La transformación tiene lugar a unos 400 km de profundidad y a 800-1.200 °C. La transformación polimórfica genera un aumento de la densidad y una disminución del volumen.
Los cristales límpidos (crisólitos) se emplean como piedra ornamental.
La variedad gema del olivino se denomina peridoto.
LOS ANFIBOLES
Los anfíboles son un conjunto de minerales del grupo de los silicatos, subgrupo inosilicatos. Son metasilicatos de calcio, magnesio y hierro.
La unidad estructural fundamental de los anfíboles es el tetraedro de silicio y oxígeno (SiO4) enlazado en forma de largas cadenas dobles. La fórmula química de cada mineral anfíbol es el resultado de sustituciones metálicas en la doble cadena: RSi4O11.
Los minerales más comunes en las rocas metamórficas y plutónicas básicas son las hornblendas y la actinolita. Son los minerales fundamentales de las rocas magmáticas, y un componente esencial de la anfibolita. Tienen color negro o verde oscuro y su aspecto es vítreo o lechoso.
LOS PIROXENOS
Los piroxenos son un importante grupo de silicatos que forman parte de muchas rocas ígneas y metamórficas.
Tienen una estructura común que consiste en cadenas simples de tetraedros de sílice. Su fórmula general es XY(Si,Al)2O6, donde "X" representa calcio, sodio, hierro2+ o magnesio, y más raramente zinc, manganeso o litio, e "Y" representa iones de menor tamaño como el cromo, aluminio, hierro3+, magnesio, manganeso, escandio, titanio, vanadio o incluso hierro2+. De brillo vítreo, son inalterables por el
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ácido clorhídrico. Los piroxenos con hierro son oscuros, los que carecen de este elemento suelen ser blancuzcos, grises o de color verde claro. Químicamente tienen un parecido a los anfíboles pero se diferencian de estos por tener un plano de exfoliación de 90°. En la mayoría de los piroxenos,
el aluminio substituye en muy poca cantidad al silicio, a diferencia de otros silicatos como los feldespatos y anfiboles.
El grupo de los piroxenos incluye dos subgrupos, dependiendo del sistema de cristalización. Los clinopiroxenos cristalizan en sistema monoclínico (como la augita, el diópsido y la espodumena), mientras que los ortopiroxenos lo hacen en el ortorrómbico (como la broncita, la enstatita y la hiperstena).[]
7.MINERALES NO SILICATADOS IMPORTANTES
Los minerales no silicatados suelen subdividirse en clases según el anión (ion con carga negativa) o el anión complejo que los miembros tienen en común. Por ejemplo, los óxidos contienen el anión oxigeno, que esta unido a uno o mas tipos de iones positivos (cationes). Por consiguiente, dentro de cada clase de mineral, la estructura básica y el tipo de enlace son parecidos. Como consecuencia, los minerales de cada grupo tienen propiedades físicas similares útiles para la identificación del mineral. Aunque los minerales no silicatados constituyen aproximadamente solo el ocho por ciento de la corteza terrestre, algunos minerales, como el yeso la calcita y la halita aparecen como constituyentes de rocas sedimentarias. En cantidades significativas. Además, muchos otros son económicamente importantes ver en el (anexo 1). A continuación se comentan algunos de los minerales no silicatados más comunes que forman las rocas.
Algunos de los minerales no silicatados más comunes pertenecen a una de estas tres clases de minerales: los carbonato, Los sulfuratos o los haluros. Los carbonatos más comunes son la calcita (carbonato cálcico) y la dolomita, (carbonato de calcio y magnesio). Dado que estos minerales son similares tanto desde el punto físico como químico, son difíciles de distinguir entre si. Los dos tienen un brillo vítreo, una dureza entre tres y cuatro y una exfoliación romboédrica casi perfecta. Sin embargo, pueden distinguirse utilizando acido clorhídrico diluido. La calcita y al dolomita suelen encontrarse juntas
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como constituyentes principales de las rocas sedimentarias caliza y dolomía. Cuando el mineral dominante es la calcita, la roca se denomina caliza, mientras que la dolomía resulta de un predominio de dolomita. La caliza tiene muchos usos, entre ellos como agregado para las carreteras, como rocas de construcción y como principal ingrediente del cemento portland. Otros dos minerales no silicatados que se encuentran a menudo en las rocas sedimentarias son la alita y el yeso. Los dos minerales encuentran a menudo en capas potentes, que son los últimos vestigios de mares antiguos que se han evaporado hace tiempo. Como la caliza los dos son recursos no metálicos importantes. La halita es el nombre mineral para la sal común. El yeso, que es el sulfato cálcico con agua unida estructuralmente es el mineral de la cual se elabora la argamasa y otros materiales de construcción similares. La mayor parte de los minerales no silicatados contienen miembros apreciados con su valor económico. Entre ellos se cuentan los óxidos cuyos miembros hematites y magnetita son menas importantes de hierro también son significativos los sulfuros, que son básicamente compuestos de azufre y uno o mas metales. Ejemplos de sulfuros importantes son la galena (plomo) la esfalerita (zinc) y la calcopirita (cobre). Además, los elementos nativos entre ellos el oro, la plata y el carbono (diamante), y otros minerales no silicatados como la fluorita (fundente en la producción de acero, el corindón (gema, abrasivo y la uranitita una fuente de uranio son económicamente importantes) (anexo 1).
ANEXO
GRUPOS DE MINERALES
MIEMBRO FORMULA INTERES ECONOMICOCemento portland, calCemento portland, calSal comúnUtilizado en la fabricación de aceroFertilizanteMena de hierro, pigmentoMena de hierroPiedra preciosa, abrasivoForma solida del aguaMena de plomoMena de zincProducción de acido sulfúricoMena de cobreMena de mercurioArgamasaArgamasa
CARBONATOS CalcitaDolomita
CaCO3CaMg (CO3) 2
HALUROS HalitaFluoritaSilvina
NaClCaF2
KCl
OXIDOS HematitesMagnetitaCorindón Hielo
Fe2O3
Fe3O4
Al2O3
H2OSULFUROS Galena
EsfaleritaPiritaCalcopiritaCinabrio
PbSZnSFeS2
CuFeS2
HgSSULFATOS Yeso CaSO4· 2H2O
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AnhidritaBaritina
CaSO4
BaSO4
Lodo de perforaciónComercio, joyeriaConductor electricoPiedra presiosaFármacos de azufreMina de lápizJoyería, fotografíacatalizador
ELEMENTOS NATIVOS
OroCobreDiamanteAzufreGrafitoPlataPlatino
AuCuCSCAgPt
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