CÁLCULOS MINERALES

Si exceptuamos los elementos nativos, los minerales están compuestos por dos o más elementos. Las fórmulas minerales son recalculadas a partir de los resultados de análisis químicos cuantitativos e indican las proporciones atómicas de los elementos constituyentes.

La gran mayoría de los minerales muestran grandes variaciones en composición dentro de las posiciones atómicas estructurales, p.e. la esfalerita, ZnS, presenta un amplio intervalo en su contenido en Fe que sustituye al Zn.

 La mayor parte de los minerales están compuestos por importantes cantidades de oxígeno (silicatos, óxidos, carbonatos, sulfatos,....), de ahí que los resultados de los análisis químicos minerales se den convencionalmente en porcentajes de óxidos.

El siguiente es un ejemplo de un análisis químico de un yeso:

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Los porcentajes de la primera columna representan los tantos por ciento en peso de los distintos óxidos. Para saber cual es la aportación de cada óxido a la fórmula del mineral hay que calcular las proporciones moleculares (columna 3) dividiendo los porcentajes de cada óxido entre los pesos moleculares (columna 2). El siguiente paso es determinar las relaciones moleculares entre los diversos componentes (columna 4) teniendo en cuenta que cada átomo u óxido debe presentar unas relaciones atómicas o moleculares de al menos la unidad.

En el ejemplo el resultado es el siguiente:

CaO:SO3·H2O = 1:1:2

El yeso es un sulfato de calcio por lo que el resultado se presentará mejor de la siguiente forma:

CaSO4.2H2O.

 

En el caso de una solución sólida los cálculos se complican un poco. En la siguiente tabla se muestra el análisis químico de un clinopiroxeno.

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Los pasos a seguir para determinar su fórmula química son los siguientes:

Las tres primeras columnas son similares al ejemplo anterior. La cuarta columna representa los valores de las proporciones atómicas de los diversos átomos (cationes), éstas son idénticas a las proporciones moleculares salvo en aquellos elementos en los que hay más de un átomo por molécula. En esos casos, como sucede con el Al, Na y Fe3+, las proporciones atómicas son la mitad de las proporciones moleculares.

El siguiente paso es determinar la proporción de oxígeno que entra a formar parte de cada óxido (columna 5), esto se consigue multiplicando los valores de las proporciones moleculares de la columna 3 por el número de oxígenos que hay el óxido.

El número total de oxígenos en el ejemplo es 2.453 y en la fórmula química del clinopiroxeno es 6O2-, por lo que habrá que recalcular las proporciones de los cationes para ese número de oxígenos. Para ello se multiplican los valores de la columna 4 por la relación 6/2.453 y se obteniene la columna 6.

Por último, hay que calcular las relaciones atómicas en la fórmula estructural teniendo en cuenta qué cationes ocupan determinadas posiciones en la estructura: (Ca, Na, K) en posiciones de orden 8 ó 10, (Al, Fe3+, Fe2+, Mn, Mg) en posiciones octaédricas y (Si, Al) en las posiciones tetraédricas. El Al puede ocupar dos posiciones, el octaédrico resulta de descontar el Al que sustituye al Si en las posiciones tetraédricas (AlIV), esto es: 2-Si=AlIV. Se calculan las proporciones de cada posición al sumar los cationes que la ocupan, dando como resultado la siguiente fórmula estructural:

(Ca,Na,K)0,9   (Al,Fe3+,Fe2+,Mn,Mg)1,0 (Si,Al)2,0   O6

 

vin_bolv2.gif (169 bytes)    Representación gráfica de la composición mineral

Las representaciones minerales suelen ser útiles en minerales que constituyen soluciones sólidas o que al menos muestran ciertas sustituciones químicas en su estructura. Como éste es el caso de la mayoría de los minerales existentes en la naturaleza, estos diagramas son habitualmente utilizados en mineralogía y petrología, y en ellos se acostumbra a representar la composición mineral en función de los componentes que participan en las sustituciones.

El primer paso en la representación de la composición mineral es la elección de aquellos componentes químicos que constituyen la/s fase/s mineral/es a representar, y que además varían en porcentaje dentro de tales fases.

Es necesario partir de un análisis químico en % en peso de los componentes. Si únicamente son dos los componentes, entonces, la representación se hace en un diagrama de barras donde los extremos indican el 100% de un componente dado.

Ejemplos este tipo de representación son:

la esfalerita o SZn con cantidades apreciables de Fe en sustitución del Zn

la solución sólida olivino donde uno de los extremos del diagrama está constituido por el 100% de MgO y el 0% de FeO y el otro sucede lo contrario

En muchos casos interesa observar la variación de al menos tres componentes en la composición mineral ya que las sustituciones isomórficas pueden suceder no sólo entre dos componentes. En estas situaciones ha de recurrirse a los diagramas triangulares en cuyos extremos se sitúan el 100% de cada componente y donde frecuentemente se han representado las posiciones precisas de determinados minerales (términos extremos de las series).

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Desde cada vértice (100 % del compuesto en él representado) y hasta la arista opuesta (0% del compuesto representado en el vértice opuesto) existen nueve líneas paralelas que representan sucesivamente los porcentajes de composición 90-80-70-60-50-40-30-20-10. El punto donde se crucen las tres líneas que representan el % en composición de cada uno de los compuestos de los vértices, es el punto que representa el mineral problema.

En un diagrama (SiO2-MgO-FeO) es posible representar no sólo minerales pertenecientes a las soluciones sólidas de los ortopiroxenos (Mg,Fe)SiO4 y del olivino (Mg,Fe) SiO3.

Los diagramas triangulares son además útiles para mostrar los minerales que constituyen (coexisten en) un tipo de roca específica. Los minerales que coexisten durante algún momento de la historia de la roca están conectados por medio de líneas de enlace.

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Es bastante frecuente representar en un diagrama triangular más de tres componentes, combinando más de un componente en un vértice p.e el MgO+MnO+FeO ó Na2O+K2O.