Capítulo 2 · cristal , cierto número de grados, puede generar caras similares y se le denomina...
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Capítulo 2
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CRISTALOGRAFIA
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CRISTALOGRAFÍA
DEF: Estudio de los Cristales y las leyes que gobiernan su crecimiento, forma externa y
estructura interna.
CRISTAL: Sólido homogéneo que
posee un orden interno tridimensional, que bajo condiciones favorables puede expresarse externamente por la formación de superficies planas y
pulidas.
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Cristal de Roca
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CRISTALIZACIÓN
Los cristales se forman a partir de disoluciones, fundidos y vapores. Los átomos en estos estados desordenados tienen una disposición al azar, pero al cambiar la temperatura, presión y concentración pueden agruparse en una disposición ordenada característica del estado cristalino.
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6
CRISTALIZACION Los cristales se forman a partir de disoluciones, fundidos y vapores
Los átomos en estos estados tienden a:
Concentración
P
T°
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Disolución
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Conocen el comportamiento de la sal común al ser disuelta en un recipiente y luego es sometida a procesos de evaporación??. Qué ocurre??
Cl-
CALOR
Na- Cl- Na- NaCl
PROCESO NUCLEACION Y/O CENTROS DE CRISTALIZACION
Ejemplo de Cristalización por DISOLUCIÓN + EVAPORACION DEL DISOLVENTE
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Fundidos
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Vapores
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AMBIENTES DE FORMACIÓN DE LOS MINERALES
Mineralogía y Cristalografía
Fundación Universitaria del Área Andina
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AMBIENTES MAGMATICOS
el magma esta constituido por oxigeno, silicio, aluminio, calcio, magnesio, sodio y potasio, estos fluidos tienden a ascender en la corteza enfriándose y solidificándose de forma lenta en profundidad dando origen a las rocas ígneas intrusivas o saliendo ala superficie y enfriándose bruscamente generando las rocas ígneas efusivas o extrusivas, este enfriamiento permite la cristalización progresiva de minerales siendo los primero en formase los ferromagnesiano como el olivino, piroxenos y las plagioclasas que forman rocas maficas y ultramaficas pobres en sílice, estas rocas dan a lugar a un tipo de yacimientos de minerales denominados ortomagmaticos que contiene cantidades anómalas de cromita, sulfuros de niquel, cobre y Platino
el magma va acompañado de aguas y vapores a los que se les dominas fluidos hidrotermales, estos fluidos son ricos en sílices, cloruros, y muchos metales en solución, al ir ascendiendo pueden encontrar algunas fracturas en las rocas donde se solidifican y forman así los filones hidrotermales( Au. Cu, Barita) o generar un metamorfismo de contacto si la roca es carbonatada se crean los llamados skarn yacimientos ricos en Fe, Cu, W, C (grafito), Zn, Pb, Mo, Sn, U, Au, granate, talco y wollastonita.
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Tipos de agua que pueden contribuir a la formación
de un yacimiento hidrotermal. a.- agua magmatica: procede de lo que queda de la
cristalización de un magma b.- agua meteórica: agua de lluvia infiltrada que al
lavar la roca se ha cargado de elementos de interés económico;
c.- agua connata: agua embebida en los sedimentos;
d.- agua metamórfica: al formarse una roca metamórfica se libera una cantidad de agua;
e.- agua juvenil: proviene del manto. Pero los fluidos hidrotermales también pueden llegar a la superficie y generar fumarolas y fuentes hidrotermales, alrededor de las cuales se pueden depositar, cuarzo, oro azufre, sulfuros, algunos minerales de origen hidrotermal como la pirita, calcopirita, galena, blenda o escalerita, la bornita ante la presencia de aguas superficiales pueden alterarse y general otro minerales
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Ambiente Metamórfico
Determinado por el cambio de condiciones (presión temperatura o composición ) en el que tuvo lugar la génesis de una roca preexistente. Este cambio de condiciones favorece la recristalización de minerales, o la neoformación (cristalización de otros nuevos), en un proceso denominado metamorfismo. Así, a partir de una roca original obtenemos una roca metamórfica. En casos extremos se puede producir la fusión o anatexia de las rocas originándose un magma, entre los minerales metamórficos tenemos: serpentina, clorita, granate, cianita, andalucita, silimanita, anfíboles, rutilo, corindón, espínela.
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Ambiente sedimentario Las rocas al estar sometida a la intemperie se desgastan, se meteorizan, los minerales que las componen se alteran varían su estructura y se transforman en otros minerales mas estables a las condiciones ambientales en la que se encuentran, ( illita, caolín, montmorillonita, zeolitas, bauxitas, cloritas, formados por alteración de feldespatos, olivinos y piroxenos) los mas resistente forman partículas de diversos tamaños que son trasportados en soluciones, o por el viento y son precipitados formando nuevos sedimentos, compactados.
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Cuarzo, feldespatos, micas, plagioclasas, granates, magnetita, circonio, hematinas. si este proceso se genera en cuencas costeras o restringida, y con una alta concentración de sales se generan la rocas evaporiticas o químicas, en este ambiente se genera el yeso, la halita, la silvinita, carnalita, el aragonito, las fosforitas, Los fosfatos , sulfatos, nódulos de manganeso.
Otras partículas son depositadas generando sedimentos clásticos como gravas, arenas y limos que se denominan placeres y que son de interés económico por la presencia, de oro, diamante, platino, ilmenita, circón, monacitas y otro
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Ambientes Sedimentarios
Ambientes glaciales Ambiente fluviales Ambientes Desérticos Ambientes cársticos Ambientes lacustres, lagos, lagunas Ambientes palustres, marismas o turberas Ambientes estuaricos Ambientes deltaicos Ambientes de playas Ambientes Marinos (Neritico, Batial y Abisal)
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ES EL VIDRIO UN CRISTAL ?
Modelo atómico en un
material ordenado (cristal)
Modelo atómico de un
vidrio
Materiales amorfos
(desordenados o poco ordenados)
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El cristal está formado por la repetición monótona de agrupaciones atómicas ordenadas y paralelas entre sí y a distancias repetitivas específicas, adoptando debido a los enlaces químicos disposiciones geométricas específicas llamadas “motivos”.
Estructura Interna de los Cristales
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Red Cristalina el motivo se sustituye
por un punto único, el resultado es una orientación periódica tridimensional de puntos que se define como Retículo; éstos son entramados sobre los que se forman los cristales y el paralelepípedo más pequeño es la celda unidad, (la celda fundamental de un cristal)
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Hay disposiciones que deben cumplirse en un retículo:
Los alrededores de todos los puntos del retículo deben ser
idénticos (HOMOGENEIDAD)
Las celdas unidad formadas deben ocupar todo el espacio sin dejar “agujeros”.
Anisotropía Es la propiedad general de la materia según la cual determinadas propiedades físicas, tales como: elasticidad, temperatura, conductividad, velocidad de propagación de la luz, etc. varían según la dirección en que son examinadas.
Simetría que el cuerpo conserve todas sus dimensiones
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Redes de Bravais
Red de Bravais Sistema
Red Triclínica primitiva, P Triclínico
Red monoclínica primitiva, P Monoclínico
Red monoclínica centrada en las caras, C
Red rómbica primitiva, P
Rómbico Red rómbica centrada en las bases, C
Red rómbica centrada en el interior, I
Red rómbica centrada en las caras, F
Red tetragonal primitiva, P Tetragonal
Red tetragonal centrada en el interior, C
Red hexagonal primitiva, P Hexagonal
Red romboédrica primitiva, P Romboédrico o Trigonal
Red cúbica primitiva, P
Cúbico o Isométrico Red cúbica centrada en el interior, I
Red cúbica centrada en las caras, F
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FORMAS CRISTALINAS
Pedión Pinacoide Esfenoide Domo Prisma
Cubo Octaédro
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e) Prisma rómbico:
f) Biesfenoide
g) Pirámide rómbica
h) Bipirámide rómbica.
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Combinación de un
prisma y una bipiramide
hexagonal
110
101 011
011 _
110
_
101 _
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Según la forma cristalina:
Euhedrales o idiomorficos
Subhedrales o Subidiomorficos
Anhedrales o Xenomorfos GRADO DE CRISTALINIDAD
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Euhedral o idiomorficos : cuando se encuentran bien formados y posee caras cristalográficas.
•Subidiomorficos o Subhedrales : cuando presenta al menos una cara cristalográfica
Xenomorfos o anhedrales : cuando no presenta ninguna cara cristalográfica, es decir es un cristal amorfo
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FORMA EXTERNA DE LOS CRISTALES
La superficie del cristal depende de:
El medio externo en el cual crece el cristal
Influencias externas: Temperatura, Presión, Naturaleza de la Disolución y Dirección del movimiento de la Disolución.
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Estructura Interna
Ley de Steno (1669): “Los ángulos entre las caras equivalentes de los cristales de la misma sustancia medidos a la misma temperatura, son constantes”.
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Propiedades Vectoriales de los Cristales
Las diferentes disposiciones atómicas a lo largo de los diferentes planos o direcciones cristalinas, dan lugar a las propiedades vectoriales: Dureza
Conductividad térmica y eléctrica
Expansión térmica
Velocidad de crecimiento
Difracción de rayos X, etc.
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SIMETRÍA CRISTALINA
la simetría de la red cristalina es la celda unidad. que por ser periódica, es un medio simétrico, y todas sus propiedades derivan de ella.
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Elementos de Simetría
Plano de Simetría p, o de reflexión m, refleja partes, o todos, idénticos del objeto a través de un plano
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SIMETRÍA CRISTALINA
El eje de rotación ó de simetría (A) (L) origina una rotación al objeto de 360º/n alrededor del eje (de derecha a izquierda).
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SIMETRÍA CRISTALINA
Centro de simetría Inverso, (i), o centro de inversión, es un elemento de simetría puntual que invierte el objeto a través de una línea recta
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Definición
Centro de Simetría (C): Se dice que un cristal tiene un centro de simetría cuando al hacer pasar una línea imaginaria desde un punto cualquiera de su superficie a través del centro se halla sobre dicha línea y a una distancia igual, más allá del centro, otro punto similar al primero.
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Definiciones
Eje de Simetría de Inversión Rotatoria o eje de rota inversión: Combina una rotación alrededor de un eje con inversión sobre un centro. Ambas operaciones deben completarse antes de que se obtenga la nueva posición.(i)
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Ejes de simetría
Cualquier línea que pasa a través del centro del cristal y que se gire alrededor de un cristal , cierto número de grados, puede generar caras similares y se le denomina eje de simetría.
Dependiendo de los grados de rotación, existen cuatro tipos de ejes de simetría (de rotación) en cristalografía.
Cuando la rotación repite la forma cada 60 grados, se tendría un eje senario o la SIMETRÍA HEXAGONAL. Un hexágono simboliza al eje de rotación.
Cuando la rotación repite la forma cada 90 grados, se tendría un eje cuaternario o SIMETRÍA TETRAGONAL. Un cuadrado simboliza al eje de rotación.
Cuando la rotación repite la forma cada 120 grados, se tendría un eje ternario o SIMETRÍA TRIGONAL. Un triángulo equilátero simboliza al eje de rotación.
Cuando la rotación repite la forma cada 180 grados, se tendría un eje de binario de simetría o la SIMETRÍA BINARIA. Un ovalo simboliza al eje de rotación.
Cuando la rotación repite la forma cada 360 grados, se tendría un círculo lleno como notación. Este eje llamado monario lo tiene cualquier objeto y ¡¡no cuantifica la SIMETRÍA!!
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Ejemplos
Ejes de Simetría de un hexaedro o cubo Planos de
simetría de un hexaedro o cubo
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SISTEMAS CRISTALINOS
NOMENCLATURA
Eje de Rotación: An donde n=2,3,4,6
Planos de Simetría: P
Centro de Simetría: C
Símbolos de Hermann-Mauguin
Eje de rotación: 1,2,3,4,6
Eje de inversión rotatoria: 1, 3, 4, 6
Planos de simetría: m (Plano especular)
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SISTEMAS CRISTALINOS
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PROYECCION ESTEREOGRÁFICA La proyección estereográfica en cristalografía es la representación por intermedio de un estereograma de los ángulos entre las caras del cristal y las relaciones de simetrías entre ellas.
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Proyección Estereográfica
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Proyección estereográfica de cristales
Elementos de simetría
1 +4 +5m+i
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SISTEMAS CRISTALINOS
SISTEMA ISOMÉTRICO: Los cristales tienen 4 ejes de simetría ternarios y se refieren a 3 ejes mutuamente perpendiculares de igual longitud.
SISTEMA HEXAGONAL: Todos los cristales tienen un eje de simetría ternario o senario. Se toman 4 ejes cristalográficos, 3 horizontales, iguales entre sí, que se cortan en ángulos de 120º, y el otro perpendicular a ellos y de diferente longitud.
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SISTEMAS CRISTALINOS
SISTEMA TETRAGONAL: Los cristales tienen un único eje de simetría cuaternario. Los cristales se refieren a tres ejes perpendiculares entre sí, siendo de igual longitud los 2 horizontales y el vertical de diferente longitud.
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SISTEMAS CRISTALINOS
SISTEMA ORTORRÓMBICO: Los cristales tienen tres elementos de simetría binarios, es decir, planos de simetría o ejes de simetría binarios. 3 ejes perpendiculares de diferente longitud.
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SISTEMAS CRISTALINOS
SISTEMA MONOCLÍNICO: Poseen un eje binario o un plano de simetría, o la combinación de un eje binario y un plano. 3 ejes desiguales, 2 de los cuales se cortan en un ángulo oblicuo y el tercero es perpendicular al plano de los otros 2.
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SISTEMAS CRISTALINOS
SISTEMA TRICLÍNICO: Un eje monario con simetría única. Este puede ser un eje giratorio sencillo o un eje monario de inversión. Los cristales se refieren a 3 ejes desiguales, todos ellos de intersección oblícua entre sí.
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HÁBITO
Formas generales de los cristales. Cúbica, Octaédrica, Prismática, etc.
Está controlado por el medio ambiente en el que crecen los cristales, por lo tanto, pueden cambiar con la localidad.
Los cristales presentan solo raras ocasiones su forma geométrica ideal, pero aún los cristales mal formados o defectuosos, la evidencia de la simetría está presente en el aspecto físico de las caras y en la disposición simétrica de los ángulos interfaciales.
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Acicular: cristales delgados
como agujas
Hojoso: cristales alargados
aplastados como hojas
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Dendrítico: arborescencia con ramas divergentes parecidos a plantas
Radial: grupos
de cristales radiales
Drusa: superficie cubierta
con capas de pequeños cristales
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Columnar : cristales como
columna robustas
Fibroso: En agregados
fibrosos delgados
Botroidal: formas globulares
como racimos de uvas
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Mamilar: agregados minerales
en forma de mamas
Ovoliticos: agregado mineral formado por pequeñas esferas semejantes a huevos de pescados.
Geodas:
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Estalactítico: cuando un mineral es en forma de conos o cilindros grandes. Las estalactitas se forman por la deposición procedente del goteo de agua que contiene el mineral desde la bóveda de una cavidad.
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TUBEROSAS: Superficies redondeadas irregulares, con aspecto de raíces
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Concreciones: agregados minerales formados a partir de un núcleo, son casi esféricas
Capilar o filiforme: cristales en forma de cabellos o hebras
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MASIVO: agregados de cristales de los que no es posible distinguir la morfología de los cristales. Si estos se llegan a ver pero no se reconocen sus hábitos se denominan GRANULARES
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Sistema Isométrico o Cúbico
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Tetragonal
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Ortorrómbico
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Monoclínico
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Triclínico
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Hexagonal
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CRISTALOQUÍMICA
Los minerales son compuestos químicos, tienen átomos y enlaces que unen esos átomos, dando como resultados la forma del mineral, los átomos tienen protones, neutrones y electrones.
la estructura cristalina de un mineral es el resultado de las condiciones de P y T, composición química y del ambiente geológico en el que cristaliza
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FUERZAS DE ENLACES EN LOS CRISTALES
La propiedades físicas de los minerales como dureza tenacidad, conductividad, magnetismo exfoliación, brillo van a depender del tipo de enlaces que posea el mineral, entre mas fuerte sea el enlace mas duro será el mineral, mas elevada su temperatura de fusión, existen 4 tipos de enlaces, Covalente, Iónico, Metálico, Fuerzas de Van der Waals.
• Presentan un solo tipo de enlace
• Presenta dos o más tipo de enlaces
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•Enlace fuerte, dureza media, frágiles, solubles en agua. Exfoliables malos conductores
•Muy fuerte, dureza alta, Aislantes, Insolubles, no conductores, puntos de ebullición y fusión altos.
•Muy débil, dureza baja, blandos. Aislantes, solubles en soluciones orgánicas, exfoliables.
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•Baja dureza, conductores, térmicos, blandos, lustrosos, sectil, maleables, solubles en acido.
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POLIMORFISMO
Substancia química
Mineral Sistema cristalino
Dureza Peso
Especifico
C Diamante Grafito
Cúbico Hexagonal
10 1
3,5 2,2
S2Fe Pirita Marcasita
Cúbico Rómbico
6 6
5,0 4,85
CO3Ca Calcita Aragonito
Rombohédrico
Rómbico
3 3,5
2,71 2,95
Igual composición química con estructura cristalina diferente.
Materiales que existen en más de una forma cristalográfica
GRUPO POLIMÓRFICO
set de minerales que tienes las misma composición química y diferentes estructuras cristalinas.
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DIAGRAMA DE FASE DEL C
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DIAGRAMA DE FASE DE LA SÍLICE (SiO2)
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Grupos Polimórficos
SiO2: Cuarzo y
Tridimita y
Cristobalita
Coesita
Estishovita
FeS2: Pirita
Marcasita
FeOOH Goethita
Lepidocrocita
CaCO3: Calcita
Aragonito
Fe2O3
Hematita
Maghemita
ZnS: Esfalerita
Wurtzita
KAlSi3O8: Sanidina
Ortoclasa
Microclina
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POLIMORFISMO
Ortoclasa: KAlSi3O8
Monoclínico
Microclina: KAlSi3O8
Triclínico
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SEUDOMORFISMO Fenómeno que tiene lugar cuando por procesos de alteracion un mineral se transforma en otro cambiando su estructura interna, pero no se modifica su forma cristalina externa
Mineral resultante de un proceso de sustitución en el cual la apariencia y dimensiones permanecen constantes, pero el mineral original es reemplazado por otro.
El pseudomorfismo se puede dar por tres mecanismo, Sustitución, incrustación y Alteración
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Tipos
Seudomorfo por infiltración Seudomorfo en el cual un mineral es reemplazado por otro, mediante los siguientes mecanismos: Sustitución con cambio químico total o parcial Oxidación a nivel iónico (Fe2+ Fe3+, S2- S0
S6+, etc.) Salida de algunos elementos y permanencia de
otros Combinación de algunos de los anteriores
Seudomorfo por incrustación Producto de un proceso en el cual un mineral es cubierto por otro y el mineral encapsulado se disuelve. Algunas veces otro mineral rellena el espacio previamente disuelto.
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Limonita como seudomorfo de pirita
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Calcocita como seudomorfo de pirita
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Hematita como seudomorfo de almandino
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Hematita como seudomorfo de marcasita
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Malaquita como seudomorfo de cuprita
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Goethita como seudomorfo de siderita
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Anglesita como seudomorfo de galena
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Mineraloides
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Definición Compuestos que no cumplen a cabalidad la definición de mineral.
Sustancia que se asemeja a un mineral pero no demuestra: Cristalinidad minerales o materiales que carecen de una
estructura cristalina a gran escala.
Poseen composición química que está fuera de los rangos aceptados para minerales específicos.
Incluyen: Materiales amorfos
Vidrios
Mezclas de minerales, materiales de baja cristalinidad, amorfos, etc.
Ejemplos: limonita, bauxita, ópalo (SiO2.NH2O), arsenato de
Fe, vidrio volcánico (obsidiana), escorias, clinker, etc.
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ISOMORFISMO
Dos minerales o más son isomorfos cuando presentan un
mismo sistema cristalino (igual forma) y distinta
composición química
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Fuente : Naldrett 1989
Fusión parcial del manto
Precipitación
de los sulfuros
Precipitación
Posterior de
sulfuros
Redistribución
de metales por fluidos deutéricos y
metamórficos
INCORPORACIÓN DE:
OLIVINO
PIROXENO
GRANATE
ESPINELA
SULFUROS
CRISTALIZACIÓN
Enfriamiento
posterior
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