1. Los minerales en la Tierra



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Unidad 2. Los materiales terrestres: Los minerales y las rocas.

1.Los minerales en la Tierra.


De los 107 elementos de la tabla periódica, 92 se encuentran de forma natural en el planeta. 8 de ellos el 98% de su composición de la corterza. De las combinaciones entre ellos se conocen unos 2800 especies diferentes.

1.1.El concepto de mineral.


Sustancias sólida, relativamente homogénea, inorgánica, formada en un proceso natural, y estable en un intervalo más o menos amplio de presiones y temperaturas, que tiene una composiciónquímicabastantedefinida y que presenta una estructurainternaordenada (denominada estructura cristalina)

Explicación de los puntos en negrita.

Mineraloides. No tienen estructura ordenada: ópalo, limonita, carbón, mercurio, azabache, ámbar.

1.2.Mecanismos de formación de los minerales.


  • Por consolidación de un magma.

  • Por precipitación química a partir de disoluciones.

  • Por sublimación

  • Mediante transformaciones en estado sólido.

2.Estructura interna de la materia mineral.


Para que la materia cristalina se manifieste externamente en forma de cristal, y aparezca como una forma geométrica determinada debe tener: espacio, tiempo y reposo.

Propiedades de la materia cristalina

La materia cristalina se caracteriza por el orden que presentan las unidades elementales que la forman. Son sus propiedades:



  • Es periódica: Se repite un mismo motivo en todo el espacio tridimensional ocupado por el mineral. Gracias a ésta característica, las propiedades físicas son constantes en todo el mineral.

  • Es homogénea: Todos los átomos iguales y equivalentes deben tener a su alrededor entornos iguales.

Si no es así, incluso átomos iguales químicamente tendrán entornos distintos.

  • Es anisótropa: Las distancias entre dos átomos o iones iguales varía, dependiendo de la dirección del espacio considerada. Esto provoca que algunas propiedades de la materia cristalina sean distintas según esas direcciones

  • Es simétrica: Cualquier nudo reticular puede transformarse en otro idéntico a él, mediante diversas operaciones de simetría.

2.1.Simetría. Elementos de simetría.


La materia cristalina, debido a su ordenamiento es simétrica. Es decir, consta de dos o más partes idénticas o motivos que se relacionan o repiten entre sí mediante la acción de unos elementos de simetría:

  • Centro de simetría.

  • Eje de simetría.

  • Plano de simetría.

2.2.Celda unidad y redes cristalinas.


La unidad básica de la materia mineral es una red pequeña o retículo llamada mallaconvencional

Por traslación de dicha malla Formada por tres vectores, a, b y c, y ángulos α, β y , (próximos a 90º) forman la celda unidad.

La repetición de la celda unidad genera las redescristalinas, cúbicas, tetragonales, hexagonales, trigonales, rómbicas, monoclínicas y triclínicas (7 en total). Que a su vez se combinan formando los sistemas cristalinos.

2.3.Sistemas cristalinos.


Los elementos de simetría solo pueden agruparse en 32 formas diferentes, cada una es una clase de simetría, que se agrupan en los 7 sistemas cristalinos. Caracterizados por uno o más elementos de simetría, propios y exclusivos.

Una Holoedría es aquella clase con el número máximo de elementos posibles dentro de un sistema. La mitad sería una hemiedría, la cuarta parte una tetartoedría.




Sistema

Constantes cristalográficas

Nº de redes

Simetría

Cúbico

a = b = c

α = β = γ = 90º



3

4 ejes ternarios

3 ejes cuaternarios

6 ejes binarios


Tetragonal

a = b ≠ c

α = β = γ =



2

1 eje cuaternario

4 ejes binarios



Hexagonal

a = b ≠ c

α = β = 90º

γ = 120º, 60º


1

1 eje senario

6 ejes binarios



Romboédrico

a = b = c

α = β = γ ≠ 90º



1

1 eje ternario

3 ejes binarios



Rómbico

a ≠ b ≠ c

α = β = γ



4

3 ejes binarios

Monoclínico

a ≠ b ≠ c

α = γ =90º ≠ β



2

1 eje binario

Triclínico

a ≠ b ≠ c

α ≠ β ≠ γ ≠ 90º



1






2.4.Isomorfismo, Polimorfismo.


Dos minerales se consideran isomorfos en el caso de tener la misma estructura cristalina pero una composición química diferente. Se debe a los ambientes mineralogenéticos donde se producen frecuentes sustituciones de unos elementos químicos por otros de radios y propiedades químicas similares.

Un conjunto de minerales con estas características recibe el nombre de serie isomórfica, por ejempro la serie del olivino entre dos extremos como son la forsterita (Mg) y fayalita (hierro) o la serie de las plagioclasas entre dos extremos como son la albita (Na) y anortita (Ca). Todos con la misma estructura cristalina.

Dos minerales se consideran polimorfos, a los que tienen molécula química idéntica pero estructura cristalina diferente.


  • Grafito y diamante. / .- Calcita y aragonito.

3.Las propiedades físicas de los minerales.


Propiedades que resultan en respuesta a la acción de factores mecánicos, lumínicos, químicos, caloríficos, etc.

Pueden ser de dos tipos:



  • Vectoriales. Su valor cambia en función de la dirección en la que se miden.

  • Escalares. Tienen un valor que no depende de la dirección.




Propiedades escalares:

Densidad


Propiedades vectoriales:

Velocidad de crecimiento (forma)

Cohesión (tipo de fragmentación)

Tenacidad (fragilidad, ductilidad, flexibilidad, dureza)

Propiedades eléctricas

Propiedades magnéticas

Propiedades radiactivas

Propiedades ópticas

Brillo

Color


Indice de refracción

Luminiscencia

Fluorescencia

Fosforescencia



Propiedades organolépticas


4.CLASIFICACIÓN CRITERIOS QUÍMICOS.


Clase I. Elementosnativos. Sin combinarse con ninguno. Oro, plata, platino, cobre, azufre, diamante, grafito.

Clase. II. Sulfuros y Sulfosales. Sulfuros combinación del S= con cationes metálicos sobre todo. Menas de minerales. BlendaZnS, galenaPbS, piritaFeS, calcopirita CuFeS2, cinabrioHgS, Antimonita Sb2S2, argentita Ag2S, rejalgar AsS.. Sulfosales. Combinaciones del azufre y antimonio, o del azufre y arsénico (sulfoantimoniuros, sulfoarseniuros), con otro elemento: proustita Ag3AsS3, arsenopirita o mispiquelFeAsS, pirargirita Ag3SbS3

Clase III. Haluros. Combinaciones del Cl, F, Br y I con un metal. HalitaClNa, silvinaKCl, fluoritaCaF.

Clase IV. Óxidos e hidróxidos. Oxígeno (O) con un metal: oligisto Fe2O3, pirolusita MnO2, corindón Al2O3, casiterita SnO2, uraninita UO2, o bien de un óxido con el agua: brucitaMg(OH)2, limonitaFeO(OH)·nH2O.

ClaseV.. Silicatos. Grupo más importante y complejo de losminerales. Combinaciones de Si y el O con otros metales. Estructuras formadas por la repetición de una unidad, el tetraedro de sílice SiO4, que forma elementos simples o complejos, en los que varía el grado de coordinación entre el Si y el O.

  1. Nesosilicatos. (neso = isla) SiO4 aislados, unidos entre sí por otros átomos: olivinos (silicatos de magnesio y hierro) cianita, granates, andalucita, sillimanita, etc.

  2. Sorosilicatos. (soros = grupo). Tetraedros formados por parejas y éstas enlazadas, por otros elementos. Epidota, (parejas enlazadas por hierro y calcio).Hemimorfital

  3. Ciclosilicatos. (ciclo = anillo). Tetraedros formando anillos de 3, 4 o 6 elementos, enlazándose los anillos entre sí por otros elementos: turmalina, berilo, etc.

  4. Inosilicatos. (ino = cadena) Los tetraedros forman cadenas sencillas, como en los piroxenos (autita, enstatita,) o dobles, como en los anfíboles (actinota, hornblenda, tremkolita).

  5. Filosilicatos. (phylli = hoja) Tetraedros dispuestos en láminas u hojas que forman capas paralelas de tetraedros unidos por otros iones, generalmente Al, Fe, Mg, hidroxilos, etc.: micas (biotita y moscovita), caolinita, sepiolita, clorita, talco, etc.

  6. Tectosilicatos.(tectos = armazón). Los tetraedros se disponen en un armazón 3D muy compacto. El cuarzo y sus polimorfos

ClaseVI. Boratos. Combinaciones del anión BO3= con otros elementos. Bórax (borato de sodio hidratado), boracita (borato de cloro y magnesio).

ClaseVII. Fosfatos, arseniatos y vanadatos. Combinación de los aniones PO43–, arseniato o vanadato: apatito (fosfato cálcico con cloro y flúor) piromorfita (clorofosfato de plomo), etc.

ClaseVIII. Wolframatos y molibdatos. WO4= y MoO4= con otros elementos Wolframita (Fe, Mn)WO4.

ClaseIX. Sulfatos, seleniatos y teluratos. Los más comunes los sulfatos de ion SO4=; baritina BaSO4, anhidrita CaSO4, yeso CaSO4·nH2O.

ClaseX. Cromatos. Llevan CrO4=. Cromita. FeCr2O4.

ClaseXI. Carbonatos. Anión CO3= con un metal. Calcita CaCO3; aragonito CaCO3, siderita FeCO3, magnesita MgCO3, dolomitaMgCa(CO3)2, cerusita PbCO3, malaquita, azurita.

ClaseXII. Nitratos e iodatos. Nitratos los más comunes, NO3– con un metal, nitro KNO3, nitratina NaNO3.


5.Las rocas.

5.1.El concepto de roca.


Como un agregado de partículas minerales que se ha formado como consecuencia de un proceso natural. (Aunque también hay ocasiones con fase líquidas, incluso totalmente líquidos, como el petróleo.

La composición de las rocas.

Rocas monominerales.

Rocas poliminerales.

Los minerales más importantes cuantitativamente se llaman esenciales, y los otros accesorios.

Puede darse su composición química, en porcentajes de peso de sus elementos esenciales en forma de óxidos.

Puede darse por composición mineralógica, con sus porcentajes relativos.

Composición modal, proporción en volumen de los minerales u otros componentes.

Otras características importantes.

Textura. Relaciones intergranulares de tamaño y forma de los cristales de los minerales, y los clastos de una roca. Varían según el tipo de roca(sedimentaria, ígnea, metamórfica).

Estructura. Relaciones mutuas de grupos o agregados de granos o cristales, es decir, al orden y la distribución de los clastos y los cristales, como bandeados, lienaciones, esquistosidades, foliaciones.

5.2.Tipos de rocas y sus ambientes de formación.


Consolidación magmática.

Si se produce el enfriamiento en el interior daría origen a las rocas magmáticas plutónicas.

Si el enfriamiento es en el exterior serían rocas magmáticas volcánicas.

Oeste y Centro de la Península(plutónicas) Canarias , Campo Calatrava, Cabo de Gata, (volcánicas).



Actuación de los procesos exógenos.

Destrucción, transporte y posterior depósito de rocas preexistentes en cuencas de sedimentación.

Una vez allí, se produce compactación, cementación, etc (diagénesis) para formar una roca sedimentaria.

Dada la variedad de orígenes, procesos de transporte, condiciones de sedimentación, indica que las rocas sedimentarias sean variadas: detríticas, químicas y bioquímicas, y organógenas.



Cambios mineralógicos en estado sólido.

Por aumento de P y T, juntas o por separado, con o sin agua, en largos periodos geológicos. Se producen cambios mineralógicos y en la composición química de la roca. Son las rocas metamórficas.


5.3.El ciclo litológico.


Rocas ígneas, metamórficas y sedimentarias estudiadas en un ciclo general de transformación dinámica, conocido como el ciclo litológico.

Hay una relación entre la génesis de las rocas y el modelo dinámico imperante en las cc.gg. en la actualidad.


6.Los recursos minerales y sus reservas.


Recurso: sustnacias naturales que son útiles y económicamente rentables. Los minerales y rocas son rr. Naturales.

  • Recursos renovables.

  • Recursos no renovables.

También puede entenderse por recurso a la cantidad total de cualquier material potencialmente explotable que se encuentre en la corteza terrestre, se conozca con absoluta certeza su existencia o no y de que sea explotable o no.

Reservas: Concentraciones minerales explotables en las condiciones tecnológicas del mercado del momento actual, están incluidas dentro de los recurso.

6.1.Los yacimientos minerales.


Un yacimiento mineral es un lugar de la corteza donde se ha producido una concentración anormalmente alta de uno o más minerales útiles, cuya explotación es económicamente rentable con los medios técnicos disponibles.

Es una definición temporal. Según demanda. Y la tecnología actual puede hacer rentable determinadas explotaciones que antes no lo eran.

Minerales de mena. Son lo que tienen interés económico.

Minerales de ganga. Se encuentran con los anteriores pero que no son explotables.



Minerales estériles. Estos nunca pueden convertirse en mena. (la ganga en determinadas condiciones, sí puede)

  • Yacimientos magmáticos o relacionados al magmatismo.

  • Yacimientos de las fases iniciales de la consolidación. Entre 1000 y 500ºC. Toda una mineralogía compleja, diamantes asociados a kimberlitas en Sudáfrica. Corindón, asociado a rocas tipo sienita.

Lo normal son minerales de interés económico separados de los petrográficos. También forman yacimientos filonianos como los de magnetita titanífera,.

  • Yacimientos de las fases intermedias de la consolidación. T < 500ºC. Fluidos magmáticos y vapor de agua con iones disueltos que no se han incorporado a los minerales de la fase anterior. Minerales del tipo turmalina, zircón, fluorita, casiterita, uraninita.

  • Yacimientos de las fases iniciales de la consolidación. Fluidos residuales arrastran elementos metálicos hacia rocas alejadas del magma y más fría, donde se consolidan.

Los intervalos de T determinan el tipo de yacimiento:

    • 500 – 300º C. Yacimientos hipotermales. Producen concentraciones de wolframita, galena.

    • 300 – 200ºC Yacimientos mesotermales. Complejo BPG(blenda, Pirita, Galena), siderita.

    • <200ºC Yacimientos epitermales. Sulfuros metálicos de hierro, Cu, Zn, Hg, Baritina.

  • Yacimientos sedimentarios o de meteorización. Procesos en la superficie del terreno, fenómenos geológicos externos. Por ejemplo alteración supergénica, en los filones, donde se oxidan los minerales que están acumulados en él y se forman otros nuevos.

A veces se altera la roca, luego se transporta, algunos de los minerales transportados pueden depositarse formando un tipo de yacimiento llamdos placeres.

Alteración hipergénica, hace que se concentren sustancias de interés económico. Hidrólisis ácida en zonas ecuatoriales se forman yacimientos de hierro y aluminio, en forma de óxidos

  • Yacimientos metamórficos o relacionados con el metamorfismo.

Muy asociados a magmáticos. Aureolas de metamorfismo de contacto, dan yacimientos minerales, incluso de uso en joyería. Se pueden destacar:

    • Corindón (Al2O3). Sus variedades azul(zafiro) o bien roja (rubí). Dureza 9 en la escala de Möhs.

    • Granates. Exclusivos del metamorfismo. Muy apreciada la variedad piropo en joyería.

    • Galena. (PbS). Mena del plomo.

    • Magnetita. (Fe3O4). Importante mena del Fe.

    • Calcopirita (FeCuS2) mineral muy frecuente. No es la más importante mena del Cu, sí la más frecuente.

Grafito, asociado a fenómenos de metamorfismo regional y de contacto. Yacimientos importantes en Siberia, Méjico y Madagascar. Minas de lapiceros, revestimientos hornos fundición, fabricación crisoles (alto punto de fusión 3000ºC).

Talco. Ligado a metamorfismo regional. Para materiales resistentes al fuego. Aislantes alta tensión. Refractarios.

6.2.Utilidad práctica de las rocas. Las rocas industriales.


PRINCIPALES ROCAS INDUSTRIALES Y SUS APLICACIONES

Tipos de Rocas

Productos

Industria

Calizas y areniscas.

Granito, sienita, mármol



Piedras de construcción.

Piedras de ornamentación.



Construcción.

Construcción



Areniscas, calizas,

dolomías, margas y yesos.

Caliza, dolomía, margas.

Yeso.


Cementos y derivados.

Cal.


Yesos.

Aglomerantes.

Aglomerantes.

Aglomerantes.


Gravas, areniscas, calizas.

Áridos naturales.

Áridos.

Arena y caliza.

Vidrios.

Vidrio.

Arena, caliza, arenisca.

Grava.


Lozas y porcelanas, ladrillería.

Refractarios.



Cerámica.

Cerámica.



Arena, arcilla, yeso, caliza.

Dolomía.


Aislantes, fundentes, correctivos.

Aditivos, abrasivos.



Varias.

Varias.





GEOLOGÍA. / 2º Bachillerato.


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