ANÁLISIS TÉRMICO

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    vin_bol.gif (169 bytes)  Los fundamentos físicos y químicos del método

    El análisis térmico consiste en el estudio de los cambios físicos y químicos del mineral durante su calentamiento. Los cambios físicos están relacionados con las transiciones polimorfas (por ejemplo, del a-cuarzo trigonal al ß-cuarzo hexagonal) y con la fusión de minerales.

    Los procesos químicos son más diversificados, por ejemplo:

Disociación Ca(CO3) ® CaO + CO2
Deshidratación Ca(SO4)*2H2O ® Ca(SO4) + 2H2O
Descomposición Fe(CO3) ® FeO + CO2
Descomposición e intercambio Ca(CO3) + SiO2 ® Ca(SiO3) + CO2

    Los mismos procesos en minerales distintos con estructuras del mismo tipo se caracterizan por temperaturas distintas, debido a las diferencias en la composición. Las impurezas químicas también influyen en las temperaturas de los cambios en los minerales. Aparte de la temperatura, cada proceso se caracteriza por su "calor interno".  Algunas reacciones producen calor y tienen lugar espontáneamente, una vez alcanzada la temperatura necesaria (reacciones exotérmicas). En otros casos, el mineral calentado necesita un aporte adicional de calor para empezar y desarrollar la reacción (reacciones endotérmicas).

    Otra característica importante de las alteraciones térmicas en minerales es el cambio de peso, relacionado con la pérdida de los componentes volátiles CO2 y H2O.

    vin_bol.gif (169 bytes)  Esquema del equipo

    El estudio de los cambios en los minerales se basa en la comparación de la temperatura de calentamiento del mineral problema y de otra sustancia inerte al calentamiento (alúmina pura, calentada previamente hasta 800-1000ºC). Cuando en la muestra se producen reacciones exotérmicas, el calor que se produce en la reacción hace calentar la muestra más rápido que el mismo horno, la temperatura de la muestra crece más rápido que la de la contramuestra inerte.

    Durante las reacciones endotérmicas, el aporte de calor externo se gasta en mantener la reacción y la temperatura del mineral no sube hasta que ésta acabe. En estos momentos el equipo fijará las temperaturas de muestra inferiores a las del ambiente. El módulo de escritura de datos refleja las diferencias de temperatura de muestra y del ambiente durante todo el proceso del calentamiento mediante una curva diferencial térmica, restando las temperaturas correspondientes. Las reacciones exo- y endotérmicas aparecen en estas curvas en forma de los picos positivos y negativos:

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Curvas diferenciales térmicas:


1 - diamante;
2,3 - grafito de grano grueso y fino;
4 - azufre;
5 - cobre;
6 - esfalerita;
7 - pirita;
8 - pirrotina;
9 - goetita;
10 - calcita;
11 - dolomita;
12 - siderita;
13 - caolinita;
14 - mica hidratada;
15 - montmorilonita.

    Otra pequeña cantidad de polvo del mineral de interés se coloca en una balanza que permite controlar las pérdidas de peso del mineral con el calentamiento. En algunos equipos modernos los dos procesos se controlan a la vez, utilizándose una sola porción de muestra.

  A continuación está representado el esquema de un aparato simple para el análisis térmico de minerales. En este equipo las curvas diferenciales térmicas y las de pérdida de peso se registran automáticamente en un rollo de papel fotográfico.

Análisis térmico

1 - transformador
2 - amperímetro
3 - curva termogravimétrica
4 - balanza con espejo
5 - tapa
6 - horno
7 - cubeta con el material para la determinación de su pérdida de peso
8,9 - sustancia inerte y material de muestra
10 - termopares
11 - milivoltímetro
12 - resistencia
13 - galvanómetro
14 - lámpara para marcas de temperatura
15 - rollo de papel fotográfico
16 - iluminación para escritura de la curva diferencial térmica

    vin_bol.gif (169 bytes)  Interpretación de los datos del análisis térmico

  La descifración de los datos del análisis térmico se realiza utilizando curvas patrones. Para una mejor interpretación de los datos hay que tener en cuenta las reacciones básicas en los minerales de clases distintas:

Elementos nativos. Reacciones de oxidación (exotérmicas) y fusión (endotérmicas). El pico exotérmico de oxidación del carbono en grafito se traslada al área de temperaturas más altas con el aumento del grado de metamorfismo.

Sulfuros. Los minerales de esta clase con el calentamiento pasan a óxidos. Los efectos exotérmicos están relacionados con la oxidación del azufre, y su temperatura depende de la fuerza de los enlaces entre los metales y el azufre en los minerales iniciales.

Óxidos. Estos minerales pueden tener cambios polimorfos durante el calentamiento (cuarzo, hematites). La oxidación del hierro y del manganeso produce picos exotérmicos. Los hidróxidos tienen picos distintivos de reacciones endotérmicas de deshidratación.

Carbonatos. Las reacciones endotérmicas están relacionadas con la disociación de carbonatos. La cantidad de estas reacciones y su temperatura depende del contenido químico del mineral y de la fuerza de sus enlaces entreatómicos. La presencia de hierro y de magnesio se refleja en los máximos exotérmicos inmediatamente después de las reacciones de disociación.

Sulfatos. El calentamiento de los sulfatos se caracteriza por las reacciones térmicas de pérdida de agua y de grupos OH. En algunos casos se observan procesos de oxidación.

Silicatos. Los minerales de esta clase pueden presentar reacciones de pérdida de agua y de grupos OH. Las reacciones exotérmicas son las de oxidación y, en la mayoría de los casos, de formación de composiciones nuevas: mullita a base de caolinita, forsterita y enstatita por serpentina, etc.

    vin_bol.gif (169 bytes)  Principales utilizaciones del método

Determinación de minerales.

Estudios de propiedades físico-químicas de minerales, relacionados con la determinación del tipo y de la cantidad de agua y componentes volátiles. (ver tabla de tipos de agua en minerales al final del capitulo)

Estudio de los parámetros termodinámicos de las reacciones químicas en la naturaleza.

Tipos de agua en minerales
Tipo de agua Forma de encontrarse T de deshidratación Comentarios
Adsorbida No estructural hasta 100 ºC Contenido del agua en mineral depende de la humedad del medio ambiente
De cristalización No estructural 100-450 ºC Con la pérdida del agua el mineral puede destruirse (yeso) o conservarse (ceolitas). Deshidratación puede ser reversible.
Constitucional El grupo OH estructural 660-1000 ºC Mediante la deshidratación el mineral se destruye irreversiblemente