Principios fundamentales.

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1 Principios fundamentales.
M I N E R A L O G Í A Principios fundamentales.

2 Definición La mineralogía es la rama de la geología que estudia las propiedades físicas y químicas de los minerales. Por mineral se entiende una materia de origen inorgánico, que presenta una composición química definida además de una estructura cristalográfica, y que suele presentarse en estado sólido y cristalino a la temperatura media de la Tierra, aunque algunos, como el agua y el mercurio, se presentan en estado líquido.

3 Sólidos homogéneos: sustancias sólidas que no pueden ser separadas mediante procedimientos físicos en componentes más simples. La mayoría de las rocas son agregados de minerales que pueden ser separados unos de otros mediante procedimientos físicos. Inorgánicos: las sustancias sólidas de origen orgánico no son consideradas minerales. Origen natural: cristales similares producidos en el laboratorio (sintéticos) no son considerados, en rigor, minerales. Composición química definida: los minerales son elementos químicos o sus compuestos cuya composición puede representarse por una fórmula (aunque en algunas ocasiones esta fórmula no es necesariamente fija y puede variar dentro de unos márgenes definidos). Disposición atómica ordenada: los minerales están constituidos por materia cristalina. Las escasas sustancias sólidas y de origen natural que son amorfas (con una disposición atómica desordenada) como el ópalo o los vidrios volcánicos se llaman mineraloides.

4 Fórmula: Si O2 (Dióxido de silicio).
Cuarzo Fórmula: Si O2 (Dióxido de silicio). Sistema cristalino: trigonal trapezoedral.

5 Objetivos de la Mineralogía
Objetivos de la Mineralogía. Dilucidar los aspectos químicos y físicos , así como la evolución geológica de la corteza terrestre.

6 Relación Mineralogía y Minería.
La mineralogía es una ciencia relacionada con la química y la geología, que estudia la estructura, composición y transformación de los minerales. En tanto, la minería es la obtención selectiva de los minerales y otros materiales de la corteza terrestre. También se denomina así a la actividad económica primaria relacionada con la extracción de elementos de los cuales se puede obtener un beneficio económico.

7 Aspectos históricos. Un célebre alquimista alemán, del siglo XVI, llamado Jorge Agrícola (su verdadero apellido era Landmann), fue sin duda uno de los primeros creadores de la Mineralogía.  Su obra famosísima, "De Re Metallica", se imprimió por primera vez en Basilea, en 1530.  De ella se hicieron diversas ediciones, generalmente ilustradas con muy curiosos grabados He aquí uno de ellos en el que se ve expresada la la práctica de la vara adivinatoria para descubrir los yacimientos ocultos.

8 Precursores en Mineralogía
Precursores en Mineralogía : Danés Nicolás Steno (Ley de la constancia de los ángulos interfaciales) : Francés Arnould Carangeot (Goniómetro de contacto: medición de ángulos interfaciales). 1784: Francés René Haüy (Cristalografía). 1809: Británico William Wollaston (Goniómetro de reflexión). [Goniómetro de contacto: simetría de cristales] [Goniómetro de reflexión: medición exacta de cristales] 1815: Francés Pierre Cordier (Método de inmersión de minerales). 1825: Sueco Jons Berzelius (Química de los minerales). 1828: Escocés William Nicol (Prisma de polarización de la luz). 1912: Alemán Max von Laue, Nobel de Física 1914 (Difracción de rayos X). 1914: Británico William Henry Bragg , Nobel de Física 1915 junto a su hijo William Lawrence (Estructura cristalina).

9 Propiedades Ópticas. - Color - Brillo - Diafanidad - Luminiscencia

10 Color. El color de los minerales se debe a la absorción selectiva de ciertas longitudes de onda de la luz blanca por algunos de los átomos del mineral. En estado puro una gran mayoría de minerales son blancos o poco coloreados, pero algunas impurezas pueden conseguir una gran variabilidad de colores.

11 Color (cont.). Los metales de transición suelen ser los responsables de la mayoría de las coloraciones. El cobre generalmente produce minerales verdosos o azulados; el hierro es responsable de coloraciones rojas y amarillas, etc. El color de la raya es el color del polvo fino de un mineral.

12 Brillo. Es una propiedad del aspecto que presen- ta la superficie de un mineral cuando se refleja la luz; depende de la intensidad de la reflexión. No tiene relación alguna con el color del mineral. Los términos que se utilizan para referir- se al brillo tratan de ser descriptivos, pero se requiere un poco de entrena- miento para su correcta utilización.

13 Brillo (cont.). Vítreo: si brilla como el vidrio. Mate: sí carece de brillo; típico de las sustancias terrosas. Submetálico: entre metálico y mate. Graso: si parece como cubierto por una película de grasa. Nacarado: si se parece al brillo de las perlas. Adamantino: si posee un brillo muy intenso como el diamante. Sedoso: si brilla como la seda; típico de los materiales fibrosos.

14 Diafanidad. Es la interacción de la luz con el cristal. Existen estas posibilidades: - Transparentes. - Semi transparentes. - Translúcidos. - Semitranslúcidos. - Opacos.

15 Diafanidad (cont.). Transparentes: si puede apreciarse con nitidez el contorno de un objeto situado detrás. Semitransparentes: cuando no se puede precisar el contorno de un objeto situado detrás. Translúcidos: si dejan pasar luz, pero no es posible la observación de los objetos situados al otro lado. Semitranslúcidos: el mineral es atravesado por la luz en sus bordes más delgados. Opacos: impiden totalmente el paso de la luz.

16 Luminiscencia. Coloraciones diversas que emiten algunos minerales cuando son sometidos a estímulos mecánicos, químicos o a variaciones térmicas. Una vez cesado el estímulo y si la emisión permanece durante bastante tiempo, se habla de fosforescencia. Si la emisión cesa con el estímulo se denomina fluorescencia.

17 Propiedades Mecánicas.
- Tenacidad. - Dureza. - Fractura. - Exfoliación. - Densidad y peso específico.

18 Tenacidad. Resistencia que opone un sólido a ser roto. Propiedad sin relación con la dureza (por ej., el diamante es el mineral más duro que se conoce, pero debe tratarse con cuidado para evitar que se fragmente por un golpe). Un mineral puede comportarse como tenaz , si es resistente, o bien como frágil, si se rompe con facilidad. Existe una serie de términos referidos a la facilidad con la que un sólido puede ser deformado.

19 Tenacidad (cont.). Dúctil, si se pueden hacer hilos delgados. Maleable, si puede moldearse en láminas delgadas. Flexible, si se curva fácilmente sin romperse. Elástico, cuando recobra su forma primitiva al cesar la fuerza que lo deforma. Plástico, si no recobra su forma original.

20 Dureza. Resistencia que ofrece la superficie lisa de un mineral a ser rayada. Depende de la cohesión y, por lo tanto, de la estructura y también de la composición química. La dureza varía con la dirección. Su determinación exacta es difícil. Para identificar la dureza sigue siendo válida la escala de Mohs (*), donde se toma como referencia a10 minerales a los cuales se les asigna un número entero. El mineral con número superior siempre raya a los inferiores, pero las variaciones de dureza entre cada mineral de la escala no son valores constantes. (*) Carl Friedrich Christian Mohs ( ).

21 Escala de Mohs. 1: Talco (polvos de talco). 2: Yeso (uña del dedo). 3: Calcita (moneda de cobre). 4: Fluorita (clavo). 5: Apatito (vidrio) 6: Feldespato (cortaplumas). 7: Cuarzo (cuchillo acero inoxidable). 8: Topacio (lija). 9: Corindón (rubí). 10: Diamante (diamante sintético).

22 Dureza absoluta. La escala de Mohs no es en modo alguno proporcional.
Por ejemplo, la diferencia entre la dureza del diamante  (10 ) y el corindón (9) es mucho mayor que la existente entre el corindón y el talco (1). Al tratar de establecer durezas con valores más exactos se crearon otros métodos y escalas que por lo general adoptaron el nombre de su creador. Así, Frederick Knoop, junto a otros investigadores, definió en 1939 una escala en valores absolutos, basándose en señales grabadas sobre un mineral mediante un utensilio con punta de diamante al que se le ejercía una fuerza estándar.

23 Escala de Knoop.

24 Fractura. Rotura de un mineral a lo largo de una superficie irregular: Existen diversos nombres para designar clases de fractura. Ejemplos: a) concoidal: superficies curvas en forma de concha; b) fibrosa o astillosa: con entrantes y salientes puntiagudos; c) imperfecta: sin formas ni planos definidos.

25 Ejemplos de fracturas. Concoidal Fibrosa (Obsidiana) (Asbesto) Imperfecta (Aragonita)

26 Exfoliación. Característica de un mineral cuando se rompe a favor de alguna de sus caras planas. Esta propiedad está íntima- mente ligada a la estructura cristalina. Los planos de exfoliación representan las direcciones en las que los enlaces que unen a los átomos son relativa- mente débiles. Existen unas cuantas reglas acerca de la exfoliación; una es que es reproducible, o sea, que un cristal se podrá romper una y otra vez a lo largo de planos paralelos a los de exfoliación; y otra en que todo plano de exfoliación debe de ser paralelo a caras reales o posibles del cristal.

27 Exfoliación (cont.). También se puede establecer que los mismos minerales presentarán siempre la misma exfoliación. Para describir los grados de exfoliación se emplean términos como: perfecta, buena, regular (apreciable), Exfol.cúbica Exfol.rombohédrica (Galena) (Calcita)

28 Densidad y Peso Específico.
Aunque físicamente estos conceptos son diferentes, es común utilizarlos como sinónimos. La densidad es la masa por unidad de volumen de un material y suele expresarse en gramos por centímetro cúbico (g/cm3). El peso específico (PE) es la relación entre el peso de un mineral y el peso del mismo volumen de agua pura a 4ºC (temperatura en la que el agua alcanza su densidad exac- ta de 1 g/cm3). Se expresa numéricamente sin unidades. Por ej., un PE de 3,5 indica que el mineral pesa tres veces y media el peso del agua. El PE está determinado por la estructura cristalina y por la composición química de los minerales.

29 Propiedades eléctricas.
Los metales nativos, sulfuros y óxidos transmiten la corriente eléctrica; sin embargo, la mayoría de los mine- rales son malos conductores o dieléctricos. Algunos minerales, al estar sometidos a presión, adquie- ren cargas eléctricas de signo contrario en sus extremos. El fenómeno se conoce como piezoelectricidad (ej.: el cuarzo). Cuando otras especies minerales se someten a variaciones térmicas, se cargan de electricidad y el fenómeno se conoce como piroelectricidad (ej.: turmalina).

30 Propiedades magnéticas.
Cuando los minerales son fuertemente atraídos por un imán se denominan ferromagnéticos (ej.: magnetita). Cuando son atraídos débilmente son paramagnéticos (ej.: hematita, siderita). Cuando no son atraídos, se denominan diamagnéticos (ej.: azufre, cuarzo).

31 Cristaloquímica. Rama de la cristalografía que estudia la composición de la materia cristalina y su relación con la fórmula cristalográfica. Incluye el estudio de los enlaces químicos, la morfología y la formación de estructuras cristalinas, de acuerdo con las características de los átomos, iones o moléculas, así como su tipo de enlace. Aquí se debe introducir el concepto de cristal real, ya que hay que considerar sus imperfecciones, al contrario de como se consideraba en la cristalografía geométrica. Los cristales poseen propiedades químicas especiales, que varían según el tipo de elemento presente en los nudos de la red.

32 Redes iónicas. Este tipo de enlace se basa en el intercambio de electrones libres entre átomos con carga eléctrica (iones). Estos pueden ser negativos (aniones) o positivos (cationes). El resultado es una conexión química muy fuerte debido a la atracción eléctrica mutua entre las cargas opuestas del anión y el catión. En un enlace de este tipo el catión ocupa la posición central de la red y a su alrededor se dispone una cierta cantidad (número de coordinación) de aniones. La cantidad de aniones depende del tamaño relativo de éstos y del catión central, lo que se llama radio iónico. En términos generales, un catión grande suele disponer de una mayor cantidad de aniones a su alrededor. Este tipo de enlace es característico de una serie de minerales muy comunes: a)Sulfatos y sulfuros; b) Carbonatos; c) Halogenuros; y d) Ciertos óxidos.

33 Enlaces iónicos.

34 Redes covalentes. En el enlace covalente dos o más átomos se mantienen cohesiona- dos debido a que comparten un número par de electrones. Este enlace es propio de algunos compuestos muy comunes, como el agua, el amoniaco, la molécula de oxígeno o el metano; y también se encuentra en la mayor parte de los minerales duros, como el diamante.

35 Redes metálicas. Los cuerpos metálicos presentan un tipo de enlace de gran cohesión debido a que varios átomos comparten una nube de electrones que circulan de una órbita a otra sin pertenecer a un núcleo concreto. Esta propiedad, característica de elementos poco electronegativos, proporciona a los metales sus propiedades de dureza, tenacidad y gran conductividad electrotérmica.

36 Redes moleculares. En este caso, la red está formada por moléculas con carga neutra. La cohesión, muy débil, se basa en cargas eléctricas residuales de baja intensidad. Es característica de los compuestos orgánicos, aunque también existe en sustancias como el azufre.

37 Redes mixtas. En muchos casos una misma sustancia presenta una com- binación de varios tipos de redes cristalinas, a menudo orientadas en planos o siguiendo un eje de simetría. En tales casos, la distribución de las redes y el predominio de una u otra determinará muchas propiedades de la sustan- cia, como la dureza o la conductividad eléctrica. Un ejemplo típico de red mixta es el grafito, formado por átomos de carbono con enlace covalente muy fuerte distribuido en capas paralelas. Las conexiones entre las capas, sin embargo, son muy débiles, lo que permite separar láminas muy finas de este mineral con mucha facilidad.

38 Estados alotrópicos. La alotropía es el fenómeno mediante el cual un elemento químico se puede presentar en dos o más formas distintas; se trata de algo similar -hasta cierto punto- a la isomería, con la diferencia de que ésta se da en compuestos, mientras la primera es propia de los elementos químicos puros. Conviene no confundir alótropo con isótopo, ya que el primer término alude a la forma en la que se agregan los átomos (normalmente no tenemos uno, sino una acumulación de muchos), mientras que el último muestra diferencias en su estructura nuclear, con el mismo número de protones y electrones -que es lo que caracteriza a un elemento químico determinado- pero con diferente cantidad de neutrones.

39 Estados alotrópicos (cont.).
Por definición dos alótropos tienen idéntica composición química: la del elemento en cuestión; solo se diferencian en la forma en la que sus átomos o sus moléculas, están ordenados. Esto algunas veces es suficiente para que sus propiedades físicas -no las químicas- varíen en forma espectacular de uno a otro. Este es el caso, precisamente, del diamante y el grafito. Pese a que ambos son carbono puro, es evidente que nadie confundiría un diamante con un pedazo de grafito. ¿A qué se debe, pues, tan llamativa diferencia?

40 Diamante v/s Grafito.   En el diamante cada átomo está unido a otros cuatro por fuertes enlaces químicos formando un tetraedro. Puesto que cada uno de estos cuatro átomos está unido a su vez a otros tantos formando sendos tetraedros, de todo ello resulta una red cristalina muy compacta que es la que da al diamante sus principales características, en especial su extrema dureza.

41 Diamante v/s Grafito (cont.).
En el grafito los átomos se distribuyen en una red hexagonal plana, donde cada seis de ellos forman un hexágono regular que a su vez está rodeado por otros hexágonos, creando algo parecido a un mosaico, cuyas piezas forman figuras geomé- tricas. A su vez estas láminas se apilan entre sí formando lo que se podría comparar con una masa de hoja.

42 Enlace de Van der Waals (*) .
Interacción producida por las atracciones electrostáticas que se producen entre la zona cargada negativamente de una molécula y la positiva de otra, lo que provoca que las moléculas se vayan orientando unas con respecto a otras. Si las moléculas polares constituyen un gas (por ejemplo SO2, HCl, etc.) y están sometidas a fuerzas de orientación de cierta importancia, este gas será fácilmente licuable. Al disminuir ligeramente la temperatura, decrece la agitación térmica, los dipolos se orientan entre sí, las moléculas se asocian y se produce un estado más condensado (líquido). (*) Johannes Diderik van der Waals ( ).

43 Análisis químico. Conjunto de técnicas y procedimientos empleados para identificar y cuantificar la composición química de una sustancia. En un análisis cualitativo se pretende identificar las sustancias de una muestra. En el análisis cuantitativo lo que se busca es determinar la cantidad o concentración en que se encuentra una sustancia específica en una muestra. Por ejemplo, averiguar si una muestra de sal contiene el elemento yodo sería un análisis cualitativo, y medir el porcentaje en masa de yodo de esa muestra constituiría un análisis cuantitativo.

44 Preparación para un análisis químico.
Frecuentemente la tarea de los químicos consiste en analizar materiales tan diversos como acero inoxidable, cerveza, pétalos de rosa, humo, medicamentos o papel. Para determinar la identidad o cantidad de un elemento de estos materiales, se procede en primer lugar a la toma de la muestra. A continuación se separan de la muestra los componentes deseados o aquéllos que puedan interferir en el estudio. El método de separación idóneo dependerá de la naturaleza del componente a analizar y de la muestra en sí. La separación se basa en la posibilidad de utilizar las diferencias existentes en la propiedades físicas y químicas de los componentes. Así, en una mezcla simple de sal y arena es fácil extraer la sal, pues ésta es soluble en agua, mientras que la arena no lo es. En el caso de una mezcla de arena y partículas de hierro, ninguna de las dos partes es soluble en agua, pero el hierro tiene propiedades magnéticas y la arena no.

45 Presentación de resultados.
El resultado numérico de un análisis cuantitativo puede establecer la cantidad absoluta del componente o un porcentaje de éste en la muestra. En este último caso puede expresarse como porcentaje en masa, concentración molar (moles de un componente disuelto por litro de disolución) o como ppm (partes por millón en masa). La exactitud de los resultados del análisis queda reflejada en el grado de concordancia con la cantidad real del elemento. La precisión de los resultados la dará la posibilidad de repetir y reproducir el análisis. Los resultados son precisos cuando son fruto de mediciones repetidas y se dan en un estrecho margen de valores. Estos resultados se dice que son altamente reproducibles. La precisión no significa que los resultados sean exactos, ya que parte de los procedimientos de medición pueden desviarlos hacia valores más altos o más bajos que el valor real.

46 Interpretación de Análisis Químicos.
El análisis geoquímico es una herramienta fundamental para el estudio de secuencias litológicas, ya que brinda información que no se observa con los estudios tradicionales aplicables a otros materiales. Un depósito mineral es una anomalía geoquímica y por lo tanto contiene uno o varios elementos en concentraciones anormales. La presencia de éstos en el subsuelo se manifiesta en la superfi- cie terrestre por una distribución desigual comparada con los contenidos "normales" de los mismos elementos en la roca.

47 Clasificación Química de los Elementos.

48 Reconocimiento de minerales y rocas.