GEOQUIMICA

Es la ciencia que estudia la química de los materiales que se

encuentran en la tierra, Principalmente:

- La distribución de los elementos en la tierra (descriptivo)

- Los principios que gobiernan su distribución (interpretativo)

PROPIEDADES DE LOS ELEMENTOS

1. NUMERO ATOMICO

Es el número de protones del núcleo de un átomo (Z)

Los átomos de un mismo elemento pero con diferente número de

neutrones se llaman isotopos.

2. NUMERO MASICO

Es la suma del numero atómico mas el numero de neutrones A=Z+N

3. MASA ATOMICA (peso atómico)

Es el número de veces que el átomo de un elemento contiene en

peso la 12ava parte del isotopo 12 del átomo de carbono, y la masa

atómica UMA = Ax1.66x10-24

4. MASA MOLECULAR (peso molecular)

Es el número de veces que la molécula del cuerpo contiene la 12ava

parte del peso del isotopo 12 del átomo de carbono, se determina

sumando los pesos atómicos del carbono.

5. RADIO ATOMICO Y IONICO

El radio atómico es la mitad de la distancia entre los centros de dos

átomos de un mismo elemento.

6. EL RADIO IONICO

Es la distancia entre los centros de un catión y un anión.

- En los elementos de un mismo grupo de la tabla periódica el radio

iónico aumenta a medida que aumenta el número atómico.

- En los iones positivos de la misma estructura electrónica el radio

iónico disminuye al aumentar la carga.

- En los elementos que presentan la misma valencia al ion de

mayor carga corresponde un radio más pequeño.

7. ENERGIA DE IONIZACION

Es la energía mínima que se requiere para quitar un electrón de un

átomo en estado gaseoso. Aumenta a través de un periodo y

disminuye al descender de un grupo, su unidad de media es el

electronvoltio.

8. AFINIDAD ELECTRONICA

Es la cantidad de energía involucrada cuando un electrón es

aceptado por un átomo que se encuentra en estado gaseoso, es la

capacidad para aceptar uno o más electrones. Es contrario a la

energía de ionización esto significa que debe ganar energía para

quitar un electrón, cuando se agrega un electrón a un átomo se

libera energía, los metales tienen baja afinidad.

9. ELECTRONEGATIVIDAD

Es la capacidad de un átomo para atraer hacia si los electrones de

un enlace químico. Los elementos con electronegatividad alta tienen

más tendencia para atraer electrones.

- La electronegatividad aumenta de izquierda a derecha en la tabla

periódica.

- La electronegatividad disminuye al aumentar el número atómico y

las características metálicas.

10. NUMERO DE COORDINACION

Es la cantidad de átomos o iones de signo opuesto que se disponen

a la distancia del ion más próximo del ion central.

TIPOS DE ENLACES QUIMICOS

Es la unión de átomos, moléculas o iones:

1. ENLACE IONICO:

Es la atracción entre iones con signo eléctrico opuesto, que se

verifica mediante la transferencia parcial o completa de los

electrones de valencia, el de electricidad baja cede electrones y

quedan unidas a través de las fuerzas electrostáticas de Columb.

- Son de naturaleza inorgánica, tienen baja conductibilidad

eléctrica, se dan en estado sólido (ClNa, ClK, ClAg, etc)

2. ENLACE COVALENTE:

También llamado homopolar, los átomos no están ionizados sino

que se comparten electrones, dos por ligadura, que giran en un

orbital común haciendo a este enlace el más fuerte de todos los

enlaces químicos.

Los compuestos formados son gases, líquidos o sólidos, tienen bajo

punto de fusión son insolubles en los solventes polares y solubles

en disolventes no polares,

- No son buenos conductores de electricidad, es característico de la

unión entre elementos no metálicos (diamante, carburo de silicio)

- Unidos con otro de enlace débil son blandos, (Grafito, rejalgar)

- Son de naturaleza orgánica.

3. ENLACE METALICO:

Se da solamente entre los átomos de elementos electropositivos y

es responsable de la cohesión de los metales y sus aleaciones, lo

constituyen la atracción entre los iones positivos y la nube de

letrones negativamente cargados, son buenos conductores de la

corriente eléctrica, brillantes, dúctiles, maleables, etc.)

4. ENLACE DE VAN DER WAALS:

Es un enlace débil, es un enlace de campo residual, es encontrado

en los cristales de los elementos inertes, fija moléculas neutras y

unidades estructurales sin carga mediante débiles cargas de

superficie, solo se encuentran en compuestos orgánicos y gas, muy

poco en los metales (el yeso)

5. ENLACE DE HIDROGENO:

Se produce cuando el hidrogeno entra en covalencia con el oxigeno

o con el azufre y es atraído por un tercer átomo y los tres forman

una cadena, (el hielo, la caolinita, etc.)

6. ENLACE MIXTO:

Es aquel en el que interviene la covalencia y la carga eléctrica en

proporciones similares (carbonatos, sulfatos se unen en covalencia

al oxigeno)

ESTRUCTURA DE LOS SILICATOS

Los silicatos consisten en grupos de silicio y oxigeno de varias

órdenes el cual el silicio está siempre rodeado de por cuatro

oxígenos en las esquinas de un tetraedro:

1. GRUPOS TETRAEDRICOS INDEPENDIENTES:

Los tetraedros Si-O se presentan como cantidades separadas, la

comparación resultante es SiO4 (fosterita: Mg2 SiO4, piropo:

Mg3Al2(SiO4), etc.), Se llaman nesosilicatos, se caracterizan por

tener iguales distancias entre los átomos.

2. GRUPOS TETRAEDRICOS ENLAZADOS: Los tetraedros Si-O se unen por medio de un oxigeno y la

comparación resultante es: Si2O7 se llaman sorosilicatos.

Si se unen más de dos tetraedros forman anillos a los que se les

llama ciclosilicatos, que se caracterizaban por tener diferentes

distancias interatómicas (Olivino, topacio, etc.)

3. ESTRUCTURAS DE CADENA:

Están formados por radicales infinitos unidimensionales que constan

de poliedros de coordinación enlazados linealmente, se llaman

inosilicatos.

De cadena simple (enstatita) y de cadena doble (anfíboles)

4. ESTRUCTURAS HOJOSAS:

Tres oxígenos de cada tetraedro son compartidos con cadenas

adyacentes para formar extensas hojas planas (micas, arcillas,

contienen Al, y K) se les llama filosilicatos.

5. ESTRUCTURAS DE ARMAZON:

Cada uno de los tetraedros SiO4 comparten todos sus vértices con

otros tetraedros, dando una red solida tridimensional que es la

unidad fundamental del cuarzo, albita, el silicio está parcialmente

sustituido por el aluminio Al(Si3Al)O8, se denominan

tectosilicatos.

PROPIEDADES DE LOS TIPOS DE ESTRUCTURA

ISOMORFISMO

Se denomina al fenómeno de existir sustancias con

composiciones químicas análogas que poseen estructuras

cristalinas estrechamente relacionadas y:

- Pertenecen al mismo sistema cristalino, cristalizan

simultáneamente y poseen propiedades químicas y físicas

comparables.

- Isomorfismo limitado o imperfecto

- Isomorfismo ilimitado o perfecto : anortita, ortoclasa

POLIMORFISMO

Significa la variedad de su estructura cristalina teniendo la

misma composición química son de dos tipos:

- Reversibles: (enantiotropas) cuarzo alfa- cuarzo beta

- Irreversibles: (monotropas) aragonita - calcita.

PSEUDOMORFISMO

Es un mineral con forma cristalina externa de otra especie, de

acuerdo a:

- Sustitución: Es la renovación parcial del material original, sin

reacción química (remplazo de la sílice)

- Incrustación: Cuando se deposita una costra de un mineral

sobre los cristales de otro (cuarzo-fluorita)

- Alteración: Se produce cuando a existido una adición parcial

de material nuevo (anhidrita CaSO4 – yeso CaSO4 2H2O,

galena PbS – anglesita PbSO4)

ISOTIPOS Teniendo la misma estructura, pero contienen iones

suficientemente diferentes para que no puedan reemplazarse en

un mismo edifico cristalino.

CLASIFICACION GEOQUIMICA DE LOS

ELEMENTOS SEGÚN GOLDSCHMIDT

Basado en la similitud, de la configuración electrónica de los varios

grupos.

1. SIDEROFILOS:

Son aquellos elementos que tienen afinidad al hierro, y sus

electrones exteriores no están disponibles para combinarse con

otros, porque su estructura electrónica en su nivel más externo no

esta completamente rellenado, tienden a ocurrir en estado nativo,

forman enlaces metálicos, tienden a concentrarse en el núcleo

terrestre, tienen escasa afinidad al O y S (Fe, Ni, Co, Pt, etc.)

2. CALCOFILOS:

Son aquellos elementos que tienen afinidad con el azufre, sus

electrones están más disponibles tienden a formar iones, tienen

potencial de ionización más alto que los siderófilos, favorecen a la

unión covalente, se enriquecen en el manto terrestre.

3. LITOFILOS:

Tienen afinidad con el oxigeno y al Si, sus electrones están

disponibles para formar iones, tienden a formar enlaces iónicos con

el oxigeno, tienen bajo potencial de ionización, se combina

fácilmente, son los más abundantes de la corteza terrestre

4. ATMOFILOS:

Son los elementos que conforman la atmosfera, son los gases

inertes, nobles y se presentan en estado libre.

5. BIOFILOS:

Son los elementos afines a la vida, concentrados en los seres vivos,

parecen pertenecer a más de un grupo:

- Con exceso de hierro el Co y Ni son siderófilos, el Cr es calcófilo

- El manganeso es litófilo como calcófilo

CLASIFICACION DE SZADECZKY-KARDOSS

- siderofilos: en la fase metálica

- Sulfocalcofilos: en la fase sulfuro

- Oxicalcofilos: óxidos y sulfuros

- Litofilos: en la cristalización

- Pegmatofilos: de transición – pegmatiticos

- Sedimentofilos: volátiles, mineralizantes, químicamente activos

- Atmofilos: volátiles inertes

- Biofilos: elementos para el metabolismo celular.

CLASIFICACION COSMOQUIMICA Y VOLATILIDAD

a) Refractarios: Condensan a temperaturas más altas que los

silicatos.

b) Moderadamente volátiles: Condensan a temperaturas entre

silicatos y metales.

c) Altamente volátiles: Condensan a temperaturas inferiores al

del azufre (Cl, Br, Cd, etc.)

CLASIFICACION GENERAL A) Elementos mayores: son considerados ser los elementos

estructurales de los elementos mayores.

B) Elementos menores: son considerados ser los elementos

estructurales de los minerales.

C) Elementos traza: son menores en concentraciones muy bajas.

GEOQUMICA DE LOS PROCESOS MAGMÁTICOS

MAGMA

Se denomina magma a toda serie de procesos geológicos

relacionados con la fusión de grandes masas de rocas en el interior de

la tierra. Es una fusión liquida que contiene principalmente silicatos, se

caracteriza por la presencia de constituyentes de diferente grado de

volatilidad (silicatos, sulfatos, óxidos, etc.), los elementos volátiles se

pierden al solidificarse, sus componentes principales son: sílice (45-

75%, alúmina 15%, y cationes de Fe, Mg, Ca, etc.)

Según a la profundidad que se consolidan forman a las rocas

plutónicas, hipabisales y volcánicas, de diferencian por el tamaño de

sus cristales, y su textura, de acuerdo a (espacio, tiempo y

composición química).

Por su estado fisicoquímico y termodinámico se distinguen en:

- Epimagma: la presión de los gases es mucho mayor que la

presión externa.

- Piromagma: a profundidades intermedias, la presión de los gases

es mayor que la presión externa.

- Hipomagma: magma relativamente inmóvil, viscoso, la presión

externa es mayor que la presión interna.

-

PROCESOS QUE ORIGINAN LAS ROCAS

1. FUSION PARCIAL:

Es el proceso por el cual se genera un líquido a partir de un sólido,

mediante:

- Fusión en equilibrio: el líquido se forma en los espacios

intergranulares de la roca madre.

- Fusión Fraccionada: el liquido es segregado una vez o

continuamente.

- Fusión por zonas

- Fusión en desequilibrio.

La composición del líquido inicial es idéntica a los elementos del

magma.

La abundancia de elementos traza está controlada por el tipo de la

fusión y de las fases.

La fusión fraccionada puede producir magmas de diferente

composición a partir de un mismo material original.

CAUSAS QUE PROVOCAN LA FUSIÓN

1. perturbación del gradiente geotérmico

2. descenso del solidus y liquidus por la adición de volátiles

3. ascenso o diapirismo de porciones del manto en condiciones

adiabáticas.

2. CRISTALIZACIÓN FRACCIONADA:

Es la separación de los magmas enfriados en partes por la

cristalización de los diferentes minerales debido a la progresiva

disminución de la temperatura.

Una vez producida la segregación comienza el ascenso de los

magmas, en los primeros estadios el magma se mueve en

condiciones adiabáticas (aquí no inicia la cristalización) al entrar en

la corteza se paraliza el ascenso y origina la cámara, magmática, en

la cámara el magma evoluciona en condiciones isobáricas (igual

presión atmosférica), cuando la temperatura desciende comienza la

cristalización gradual por la diferencia composicional.

a) Cristalización en equilibrio: los minerales que precipitan

reaccionan con el equilibrio la roca resultante tiene la misma

composición que el fundido original (basalto-dolerita-gabro-eclogita)

b) Cristalización fraccionada: los minerales y el líquido

residual se separan, se empobrece en los elementos constituyentes,

las rocas tendrán una composición más o menos alejada de la

composición original. La secuencia depende de la composición y de

las condiciones fisicoquímicas un magma básico, olivino,

plagioclasas calsicas, piroxenas cristalizan primero.

La separación cristales-liquido residual, se da por separación

gravitatoria, flotación, filtrado por presión, fraccionamiento conectivo.

3. PROCESOS DE MEZCLA

Consiste en la combinación de dos o más magmas coetáneos de

composición más o menos contrastable.

Son procesos complejos de mezcla de magma, contaminación del

material originario, asimilación- intercambio isotópico: roca-magma

4. ASIMILACION:

Es la incorporación y digestión de un material preexistente, por un

magma.

- Si el material asimilado son fases individualizadas es asimilado a la

mezcla.

- Si el material incorporado son rocas el efecto sobre el magma es

distinto a la composición original.

AMBIENTES DE GENERACION DE LOS MAGMAS

A) MAGMATISMO EN BORDES DE PLACA CONVERGENTES O MARGENES DE

PLACAS DESTRUCTIVAS (Subducción de placas)

Por la enorme fricción se genera gran cantidad de calor lo que

genera los magmas

- A profundidades de 80 Km el aumento de T y P provoca la

deshidratación de los minerales

- A profundidades de los 100 Km se originan los magmas de

naturaleza menos básico /( peridotitas, piroxenitas)

B) MAGMATISMO EN BORDES DE PLACAS DIVERGENTES O MARGENES DE

PLACAS CONSTRUCTIVAS

Aquí se genera más del 80 % del magmatismo, se produce por el

ascenso convectivo de material peridotitico la disminución de la

presión favorece a la fusión.

C) MAGMAS EN BORDES DE PLACAS TRANSFORMANTES

Generada por el movimiento de fallas transformantes

D) MAGMATISMO EN ZONAS DE INTRAPLACAS OCEÁNICA Y CONTINENTAL

- Punto caliente: región en el manto inferior en la proximidad del núcleo

OCURRENCIA En el continente, en el océano, en áreas de inestabilidad tectónica,

tienen una relación a la composición y al ambiente.

- Basalto: en el continente como en los océanos

a) Basalto toleitico: contienen los piroxenos, feldespato y

plagioclas

b) basalto olivino- alcalino

- Dunitas y peridotitas

- Riolita

COMPOSICION QUIMICA DE LAS ROCAS IGNEAS Y SUS

MAGMAS

- sílice: 30-80% de SiO2 en rocas plutónicas

- alúmina: 10-20 % de Al2O3 en trocas con poco feldespato

- El sodio: 2-5%

COMPOSICION MINERALOGICA DE LAS ROCAS IGNEAS

- Cuarzo, feldespato, piroxeno, anfíbol, biotita, minerales de titanio,

apatito, olivino, micas y otros.

GRADO DE FRACCIONAMIENTO

Se da por separación mecánica, por separación química y por

zonación.

- Si el fraccionamiento no se produce los cristales quedan

permanentemente en contacto y en equilibrio con el líquido.

- Si el fraccionamiento es alto se forman un líquido basáltico.

La formación de las rocas ígneas se da por:

- Consolidación de los magmas

- Por cristalización fraccionada

- Por cristalización de los líquidos

PRODUCTOS DE LA DIFERENCIACION

a) A la combinación de múltiples maneras posibles de la

diferenciación fraccionada

b) A los distintos grados de contaminación de los magmas.

CARACTERÍSTICAS GEOQUÍMICAS DE LA CRISTALIZACIÓN

MAGMÁTICA

- la cristalización depende del cociente de proporción de solidificación y

de la presencia o separación de cristales primeramente formados.

- La cristalización de un magma mafico comienza con la formación del

olivino y la onortita, a medida que vaya bajando la temperatura estos

minerales reaccionan con la masa fundida y se convierten en

piroxenos.

- La cristalización fraccionada de un magma basáltico puede dar lugar a

rocas cada vez más silíceas hasta llegar a una composición granítica.

Se da en dos tipos.

a) Reacción continua: los cristales cambian en forma gradual

de composición química por reacción con la masa fundida, sin cambiar

su sistema cristalino (plagioclasas ricas en Ca-Na) son claras.

b) Reacción discontinua: la fase formada reacciona con la

masa fundida, para dar una nueva fase con diferente estructura

cristalina y diferente composición química (Fe-Mg) son oscuros:

olivino-piroxeno - anfiboles-micas.

REGLAS DE LA DISTRIBUCION DURANTE LA

CRISTALIZACION MAGMATICA

REGLAS DE GOLDSCHMIDT

Basados en la importancia del tamaño iónico, la carga, el balance

eléctrico y número de coordinación.

1° regla: cuando dos iones que tienen igual o diferente carga

eléctrica, pero diferentes radios iónicos pero que no difieren en más de

un 15% ambos podrán entrar o sustituir uno a otro en la red cristalina

(Mg y Fe) (Ca y Na)

2° regla: cuando hay dos iones disponibles para entrar en la red

cristalina de un mineral a formarse y ellos tienen la misma valencia y el

mismo radio iónico, ambos pueden entrar a la red cristalina con igual

facilidad (Mg y Fe)

3° regla: cuando hay dos iones del mismo radio iónico pero con

diferente carga eléctrica, el ion con la carga más grande

preferentemente entrara a la red cristalina (plagioclasas, Na<, Ca>)

4° regla: cuando hay dos iones con la misma carga, pero con

diferente radio iónico, el ion más pequeño preferentemente entrara en

la red cristalina de un mineral formado (Na 0.98A°, primero; K 1.33A°

después)

REGLAS DE RINGWOOD

Regla N°01.- cuando dos iones poseen radios y cargas similares, el

ion que tiene la menor electronegatividad se incorpora

preferentemente ya que forma una unión más iónica.

Regla N°02.- en caso de dos cationes que tengan similar

electronegatividad e igual carga, el catión de menor radio iónico

entrara preferentemente en la red cristalina.

Regla N° 03.- para un catión y dos diferentes aniones, el enlace con

el anión mas grande es mas covalente (o menos iónico)

Regla N° 04.- para un anión y dos diferentes cationes, el enlace con

el catión más pequeño es mas covalente (o menos iónico).

Regla N°05.- para dos iones con aproximadamente iguales

tamaños. Pero con diferentes cargas eléctricas, el ion can la carga

más grande forma un enlace covalente (o menos iónico)