REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAUNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELA

FACULTAD DE CIENCIASINSTITUTO DE CIENCIAS DE LA TIERRA

TEMA 4MINERALES Y ROCAS

MINERALES Y ROCAS

•Introducción•Rocas registro de cómo la Tierra a evolucionado.•Guía de cómo actualmente trabaja la Tierra.•Importante para entender dinámica de la Tierra.•Formación de minerales y rocas y evolución en el tiempo.•Materiales sólidos Tierra mezclas o agregados de minerales.

–Mineralogía y Petrología•Estudian naturaleza y origen de los minerales y rocas.•Importantes subcampos de la Geología.

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¿Qué información pueden obtenerse al estudiar las rocas?

•Reconocer los minerales de los cuales las rocas están compuestas y el modo de construcción de las rocas por sus componentes minerales principales. •Si se desea investigar sobre el origen de las rocas:

–En el caso de las magmáticas: ¿Qué tipo de magma corresponde a la roca ígnea, por ejemplo qué composición tiene un magma?–En el caso de las rocas sedimentarias: ¿Cuál es la roca madre? ¿Cuál es la área fuente de los componentes, que constituyen la roca sedimentaria, por ejemplo de los clastos de un conglomerado? ¿Qué significa la presencia de estructuras sedimentarias?–En el caso de las metamórficas: ¿Cuál es la roca de partida? ¿Cuáles son los intervalos de P y T, bajo las cuales se formó?

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•Concepto de mineral

–Compuesto químico sólido inorgánico de ocurrencia natural.–Caracterizado por una composición química definida y/o un intervalo restringido de composición química.–Cristalinos: poseen un arreglo específico regular de los átomos que lo conforman.–En algunos casos amorfos sin estructura cristalina: vidrios naturales–Materialmente homogéneos: un mineral no puede ser separado mecánicamente en diferentes sustancias. Los nombres de los minerales dependen de su formula y de su estructura atómica.–Los minerales pueden consistir de un elemento simple, tales como oro (Au), plata (Ag), diamante ( C ) y azufre (S).–Debido a la abundancia de los elementos en la Tierra tendencia a combinarse muchos minerales compuestos de dos o mas elementos.

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•Estructura de los minerales–Estructura interna

•Palabra clave en la definición de un mineral.•Componentes atómicos de un mineral tienen un arreglo específico en un patrón geométrico definido.•Nicolas Steno (1638-1687) mineral tiene formas cristalinas específicas.•René Haüy (1743-1822) observó que la calcita se parte a los largo de tres planos solamente.

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•Estructura de los minerales–Celda unitaria

•Unidad tridimensional más pequeña de un cristal, que además en ella está contenida la formula química.•Entender importancia de estructura mineral: diamante y grafito propiedades físicas muy diferentes.•Polimorfismo: Capacidad de una sustancia química específica de cristalizar con más de un tipo de estructura. Diferentes arreglos estructurales de un mismo elemento producen distintos minerales con propiedades disímiles.

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•Estructura de los minerales–Sustitución iónica

•Cambio en composición química en el mineral sin cambio en la estructura cristalina, dentro de límites definidos.•Común en minerales formadores de rocas.•La conveniencia de un ión a ser sustituido por otro determinado por diversos factores: (Z/r)

–Tamaño–Carga

• Sustitución ocurre si r iónico difieren < ~ 15%.•Entender importancia de estructura mineral: diamante y grafito propiedades físicas muy diferentes.•Causan cambios en color, dureza, brillo, etc., sin mostrar cambios en su estructura interna.

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•Estructura de los minerales–Solución sólida (mezcla cristalina)

•Presencia en un cristal homogéneo de moléculas de dos o más sustancias sólido cristalino de composición variable

–Olivino: (Fe,Mg)2SiO4 Mg2SiO4 (forsterita)– Fe2SiO4 (fayalita)–Feldespatos: CaAl2Si2O8; NaAlSi3O8

–Micas, piroxenos

•Isomorfismos:–Sustancias con formulas análogas que tienen estructuras cristalinas muy relacionadas

NaNO3 isomorfo con calcita (CaCO3)KNO3 isomorfo con aragonito (CaCO3)

•Cambio en composición química en el mineral sin cambio en la estructura cristalina, dentro de límites definidos.

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•Propiedades físicas y químicas de los minerales–La forma en como los átomos e iones están enlazados, tiene un gran efecto sobre sus propiedades físicas

•Propiedades físicas–1.-Dureza–2.-Clivaje–3.-Hábito–4.-Fractura–5.-Raya–6.-Brillo–7.-Color–8.-Gravedad específica y densidad–9.-Tenacidad y cohesión–9.-Electricidad y magnetísmo

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•Propiedades físicas y químicas de los minerales–Dureza

•Es la resistencia que presenta a ser rayado. Un mineral posee una dureza mayor que otro, cuando el primero es capaz de rayar al segundo.•El mineralogista alemán Mohs estableció en 1822 una escala de medidas que lleva su nombre, y que se utiliza en la actualidad, en la que cada mineral puede ser rayado por los que le siguen.• Se toman 10 minerales comparativos

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•Propiedades físicas y químicas de los minerales–Clivaje

•Las fuerzas que mantienen a los átomos juntos en una estructura cristalina no es necesariamente igual en todas las direcciones.•Si define planos de debilidades, el mineral tenderá a romper o quebrar o “clivar” a lo largo de planos de debilidades mucho más fácilmente que en otras direcciones.•La superficie a lo largo de lo cual el rompimiento desarrolla es conocido como plano de clivaje.•La orientación del plano es la dirección del clivaje.•Los cristales pueden tener uno, dos, tres, cuatro o seis direcciones de clivajes.

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•Propiedades físicas y químicas de los minerales–Hábito

•El hábito o morfología de crecimiento de un mineral, se puede definir como la manera relativa en que se desarrollan sus caras cristalinas.•Generalmente el habito depende de los factores fisicoquímicos del medio (temperatura, presión, viscosidad, entre otras) que existen durante la formación del mineral. Por tanto, un mismo mineral puede tener distintos hábitos. Los hábitos son columnares, tabulares, en agujas, entre otros.

    

Cúbico halita, galena, pirita,

fluorita,

Romboédrico

granate Octaédrico

fluorita, pirita, diamante,

metales nativos

calcita, dolomita turmalina, calcita, cuarzo Trigonal columnar

Rombododecaédrico

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•Propiedades físicas y químicas de los minerales–Fractura

•Forma de un mineral a partirse más que a lo largo de los planos de clivaje sirve para agruparlos y ayuda a agruparlos.•Fractura puede ser:

–Exfoliación: significa que el mineral se puede separar por superficies planas y paralelas a las caras reales. Ejemplos: mica, galena, fluorita y yeso. –Concoidea: muestra suaves superficies curvadas similar pieza gruesa de vidrio.–Fibrosa o astillosa–Cortante y desigual o irregular.

–Raya•Color del polvo fino que es producido cuando el mineral es raspado o friccionado sobre una pieza de porcelana.•Más diagnóstico que el color observado en grano grueso.•Minerales más blandos que porcelana dejan una raya o línea de polvo.•Minerales más oscuros hay que triturarlos.

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•Propiedades físicas y químicas de los minerales–Raya Mineral Raya Dureza

OLIVINO Blanca 6,5 a 7

PIROXENOAugita

Blanca grisácea 5,5 a 6

ANFÍBOLHorblenda

Blanca amarillenta 5,5 a 6

BIOTITA Blanca 2,5 a 3

MOSCOVITA Blanca 2 a 2,5

PLAGIOCLASAS Blanca 6,5 a 6

ORTOSA Blanca 6

CUARZO Blanca 7

CALCITA Blanca 3 a 4

YESO Blanca 2

HALITA Blanca 2

GRANATE Blanca 7

DISTENA Blanca 4 a 7

ESTAUROLITA Blanca 7,5 a 7

SILLIMANITA Blanca 6 a 7

ANDALUCITA Blanca 7,5

HEMATITES Negro metálico, rojo 5

PIRITA Negra 6,5

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•Propiedades físicas y químicas de los minerales–Brillo

•Forma en la cual la superficie de un mineral refleja la luz.•Calidad de la luz reflejada, está controlada por el índice de refracción y absorción de la luz y por los elementos que componen al mineral.•Tipos: mate, metálico, submetálico, no metálico: adamantino, vítreo, resinoso, nacarado, sedoso, graso•También está relacionada a los tipos de enlace.

–Minerales covalentes brillo adamantino–Minerales iónicos –> más vítreos

–Color•Propiedades más obvias de los minerales desafortunadamente no es diagnóstico.•El color puede ser el resultado de una sustancia pura o de impurezas.•Minerales más iónicamente unidos son menos coloreados.

–Gravedad específica•Relación en peso de un volumen de una sustancia al peso de igual volumen de agua.•Densidad depende de estructura interna y composición del mineral.

–Peso atómico de los elementos–Empaquetamiento de los átomos en la estructura cristalina–Hematita magnetita altas densidades debido al peso atómico del hierro–Magnetita (Fe3O4); densidad específica 5,2–Hematita (Fe2O3); densidad específica 4,9 – 5,3

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•Propiedades físicas y químicas de los minerales–Tenacidad o cohesión

•Es el mayor o menor grado de resistencia que ofrece un mineral a la rotura, deformación, aplastamiento, curvatura o pulverización.•Se distinguen las siguientes clases de tenacidad:

–Frágil: es el mineral que se rompe o pulveriza con facilidad. Ejemplos: cuarzo y el azufre.–Maleable: el que puede ser batido y extendido en láminas o planchas. Ejemplos: oro, plata, platino, cobre, estaño.–Dúctil: el que puede ser reducido a hilos o alambres delgados. Ejemplos: oro, plata y cobre.–Flexible: si se dobla fácilmente pero, una vez deja de recibir presión, no es capaz de recobrar su forma original. Ejemplos: yeso y talco.–Elástico: el que puede ser doblado y, una vez deja de recibir presión, recupera su forma original. Ejemplo: la mica.

–Electricidad y magnetísmo•Muchos minerales conducen bien la electricidad (conductores), mientras que se oponen a su paso (aislantes). Unos pocos la conducen medianamente (semiconductores). Pero hay más comportamientos de los minerales en relación con las fuerzas electromagnéticas:•Magnetismo: consiste en atraer el hierro y sus derivados. La magnetita es un imán natural conocido desde tiempos muy remotos.•Piezoelectricidad: es la capacidad para producir corrientes eléctricas cuando se les aplica presión. Si se aplica una fuerza a las caras de un cristal, genera cargas eléctricas. Ejemplo: el cuarzo.•Piroelectricidad: se producen corrientes eléctricas en el extremo de las caras cuando el mineral se somete a un cambio de temperatura. Ejemplos: cuarzo y turmalina.•Radiactividad: es la propiedad que poseen determinados minerales para emitir partículas de forma natural y espontánea. Ejemplo: la uraninita.

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•Propiedades químicas de los minerales–1.-Elementos nativos: Cu, Au, Ag, Pt, S–2.-Sulfuros: compuestos de diversos minerales combinados con el azufre. Ejemplos: pirita (FeS2), galena (PbS), blenda (ZnS), cinabrio (HgS).–3.-Sulfosales: minerales compuestos de plomo (Pb), plata (Ag) y cobre (Cu) combinados con azufre y algún otro mineral como el arsénico (As), bismuto (Bi) o antimonio (Sb). Ejemplos: Pirargirita Ag3SbS3 , Proustita Ag3AsS3.

–4.-Óxidos e hidróxidos: producto de la combinación del oxígeno y de iones hidronios (OH-) con un elemento. Ejemplos: Magnetita (Fe3O4); Hematita (Fe2O3); Goethita (FeOOH).–5.-Haluros: compuestos de un ión halógeno como el cloruro, fluoruro, yoduro o bromuro con otro elemento. Ejemplos: halita o sal común (NaCl) , silvita (KCl).–6.-Carbonatos: sales derivadas de la combinación del ácido carbónico y un metal. Ejemplos: calcita (CaCO3), magnesita (MgCO3), dolomita (Ca,Mg)2CO3.

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•Propiedades químicas de los minerales

–7.-Nitratos: sales derivadas del ácido nítrico. Ejemplos: nitrato sódico (o de Chile), salitre o nitrato potásico.–8.-Boratos: constituidos por sales minerales o ésteres del ácido bórico. Ejemplos: bórax (Na2B4O7·10H2O, borato de sodio o tetraborato de sodio), rasorita (Na2B4O7·4H2O).

–9.-Fosfatos, arseniatos y vanadatos: sales o ésteres del ácido fosfórico, arsénico y vanadio. Ejemplos: apatito Ca5(PO4)3(F,Cl,OH).

–10.-Sulfatos: sales o ésteres del ácido sulfúrico. Ejemplos: yeso (CaSO4.2H2O), anhidrita (CaSO4), barita (BaSO4).

–11.- Cromatos, volframatos y molibdatos: compuestos de cromo, molibeno o wolframio. Ejemplos: wolframita (Fe,Mn)WO4.

–12.- Silicatos: sales de ácido silícico, los compuestos fundamentales de la litosfera, formando el 95% de la corteza terrestre. Ejemplos: sílice (SiO2), feldespato (KAlSi3O8) , cuarzo (SiO2), piroxeno (Ca(Mg,Fe,Al)Si2O6).

–13.- Minerales radioactivos: compuestos de elementos emisores de radiación. Ejemplos: uraninita (UO2,25), torianita (ThO2), toritita ((Th,U,Ca)Ti2(O,OH)6).

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•Rocas como agregados minerales

–Roca: ensamblaje sólido coherente de uno o más minerales.

•Mayoría de corteza y manto compuesto de minerales silicatos•Más del 95% elementos como Fe, Al, Mg, Ca, Na y K se combinan con Si y O.

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•Rocas como agregados minerales–Identificación de minerales en rocas presentan problemas especiales:–Minerales en rocas raramente bien desarrollados crecen a partir de un fundido (magma) o a partir de soluciones (agua de mar) vigorosamente compiten por espacio, o son reducidos cuando son transportados como sedimentos o deformados bajo altas P y T.

•En adición muchos minerales son pequeños lupa o microscopio.•Mayor complicación muchos minerales tienen composición variable sustitución iónica en estructura del mineral color, dureza y otras propiedades físicas pueden ser variables.

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•Rocas como agregados minerales–Minerales silicatados

•Minerales complejos tanto química como en estructura cristalina.•Todos contienen unidad básica llamada tetraedro silicio oxígeno SiO4

-4

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•Rocas como agregados minerales–Minerales silicatados

•Nesosilicatos: SiO4-4 Mg2SiO4 (forsterita); Fe2SiO4 (fayalita)

•Sorosilicatos: Si2O7-6 (no son muy comunes)

•Ciclosilicatos: Si3O9-6 (berilo: Be3Al2SiO3 o Be3Al2(Si6O18))

•Inosilicatos: SiO3-2 (Piroxenos diópsido: (Ca,Mg2)Si2O6)

•Filosilicatos: Si4O11-6 (Anfiboles Ca2(Mg,Fe)5Si8O22(OH)2)

–Cadena simple (Si4O11-6) y doble (Si2O5

-2)

•Tectosilicatos: SiO2 (Cuarzo)

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• Rocas como agregados minerales

Minerales silicatados

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• Ciclo de las rocas

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