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

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

Grupo de los granates

• Sistema cúbico• Hidrotermal, magmático, metamórfico

d) dodecaedron) trapezoedros) hexaquisoctaedro

Grupo de los granates

• 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-

Grupo de los piroxenos

• Hábito prismático

• 2 exfoliaciones paralelas a c

Grupo de los piroxenos

• 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)

Principales grupos de Filosilicatos

3) Grupo de las cloritas

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

•• No No tienentienen Na Na nini Ca Ca

Principales grupos de Filosilicatos

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

1) Grupo de la sílice

Cohesita

Cuarzo

1) Grupo de la sílice

• 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

Principales grupos de Tectosilicatos

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

Principales grupos de Tectosilicatos

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/