QUÍMICA MINERAL

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De todos los elementos conocidos de la corteza terrestre tan sólo ocho constituyen el 99% en peso de ésta y casi el 100% de su volumen. Prácticamente todos los minerales formadores de rocas o minerales petrogenéticos son compuestos de oxígeno, fundamentalmente silicatos alumínicos de (Fe, Mg, Ca, Na, K), óxidos y carbonatos. Los primeros representan el 99% de los minerales de la corteza y el manto terrestres.

Además, existe otro tipo de minerales formados por elementos muy escasos en la corteza (algunas ppm como valor medio) pero de gran interés económico (Cu, Pb, Hg, Au, Ag, Pt,...), estos minerales son explotados en depósitos donde el elemento se haya concentrado.

 

vin_bolv2.gif (169 bytes)    Solución sólida mineral

La mayoría de los minerales no son sustancias puras, sino que presentan una composición química variable. Esto es debido a las frecuentes sustituciones de determinados iones o grupos iónicos que presentan parecido radio iónico (diferencias < 15%) y de carga eléctrica (p.e. Mg2+ por el Fe2+, en posiciones octaédricas, el Ca2+ por el Na+ en posiciones de orden 8 ó 10, o el Al3+ por el Si4+ en posiciones tetraédricas, etc.). En los últimos ejemplos para que se mantenga la neutralidad eléctrica de la estructura deben tener lugar otras sustituciones adicionales. Como resultado de estas sustituciones se producen las soluciones sólidas minerales en las que en una estructura mineral aparecen dos o más elementos distintos con posibilidad de ocupar en distintas proporciones una misma posición atómica.

 Existen diferentes tipos de soluciones sólidas:

vin_bolv2.gif (169 bytes)    Solución sólida sustitucional

Se produce una sustitución de un elemento por otro en todo el intervalo de composiciones posibles determinado por las composiciones de dos miembros extremos. Un buen ejemplo de este tipo de soluciones sólidas es el que forma la serie isomorfa del olivino, (Mg,Fe)2SiO4. En el olivino, el Mg2+ puede ser reemplazado parcial o totalmente por el Fe2+ constituyendo una solución sólida completa entre los dos términos extremos forsterita (Mg2SiO4) - fayalita (Fe2SiO4).

Otro ejemplo es el que forman los carbonatos de la serie rodocrosita MnCO3siderita FeCO3. Pero también existen las sustituciones aniónicas como por ejemplo la formada por la solución sólida completa KCl-KBr, en la que los aniones Cl- y Br- se sustituyen entre ellos.

En muchos casos, en la sustitución no se mantiene la neutralidad al sustituirse cationes de diferente valencia, lo que se corrige con otras sustituciones dando lugar a una sustitución acoplada. El mejor ejemplo es el que constituye las plagioclasas, las cuales forman una solución sólida acoplada entre los términos sódico o albita (NaAlSi3O8) y el cálcico o anortita (CaAl2Si2O8). La sustitución final es

Na++Si4+« Ca2+Al3+,

lo que significa que por cada Ca2+ que reemplaza al Na+ un Si4+ debe ser reemplazado por un Al3+ para mantenerse la neutralidad.

vin_bolv2.gif (169 bytes)    Solución sólida intersticial

Se produce cuando los átomos o iones se localizan en los huecos estructurales de un cristal. Algunos minerales poseen estructuras cristalinas con grandes huecos en los que se alojan iones o moléculas, es el caso del Berilo (Be3Al2Si6O18) cuya estructura anular cuenta con grandes canales hexagonales que son aprovechados por el K+, Rb+, Cs+, H2O, etc, para alojarse. Otro ejemplo bien conocido es el que constituye el grupo de las zeolitas, éstas poseen un estructura muy abierta formada por tetraedros de SiO4 y AlO4 donde quedan grandes huecos en los que acostumbran a acomodarse moléculas de H2O débilmente unidas a la estructura.

vin_bolv2.gif (169 bytes)    Solución sólida con omisión

Tiene lugar cuando un catión de mayor carga reemplaza a dos o más cationes, compensando así su carga. El mejor ejemplo lo constituye la pirrotina de fórmula Fe(1-x)S, en cuya estructura aparecen vacantes en número variable por la ausencia de iones Fe2+ en alguna de las posiciones octaédricas. Para compensar la deficiencia del Fe es posible que parte de éste esté en su estado oxidado (Fe3+), de forma que

2Fe3++ 1vacante « 3Fe2+,

manteniéndose así la neutralidad en la estructura.

 

vin_bolv2.gif (169 bytes)    Desmezcla mineral

La estabilidad de las soluciones sólidas viene condicionada en muchos casos por la temperatura, sobre todo cuando el tamaño de los iones que se sustituyen es bastante diferente (> 15%). A altas temperaturas en la estructura mineral los átomos vibran con más intensidad que a bajas temperaturas por lo que las posiciones atómicas son mayores. Por ello, a altas temperaturas hay más posibilidad de que entren en la estructura iones de mayor tamaño a sustituir a otros y los minerales son homogéneos en estas condiciones.

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¿Qué sucede cuando desciende la temperatura?

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En la figura está representada en el eje horizontal la variación en la composición en porcentajes moleculares de dos silicatos isoestructurales cuyos términos extremos son ASixOy y BSixOy y en el eje vertical la temperatura. A una temperatura T2 la miscibilidad es completa, los átomos A y B entran en la estructura aleatoriamente en cualquier posición atómica por lo que existe una solución sólida completa. Al enfriarse el sistema se alcanza una temperatura T4, en estas condiciones la estructura es mucho más rígida y los iones A+ y B+ deben ocupar posiciones concretas de modo que el mineral al principio homogéneo se segrega en regiones ricas en A+ y otras ricas en B+.

La composición del sistema es la misma dentro y fuera del campo de inmiscibilidad, es decir, en el ejemplo la composición X1 (70% de B y 30% de A) indica la composición del mineral homogéneo inicial y de la desmezcla mineral final. El hueco de miscibilidad es mayor cuanto menor es la temperatura y la curva que lo delimita nos da la composición de las bandas que se van formando conforme el enfriamiento se produce.

Podemos definir desmezcla como el proceso por el cual una solución sólida inicialmente homogénea se separa en dos (o más) minerales diferentes sin ningún cambio en la composición global del sistema. No obstante la difusión de los átomos dentro de la estructura es tanto más lenta cuanto menor es la temperatura, si el enfriamiento es lento da tiempo a que se produzcan buenas bandas de desmezcla, mientras que si éste es rápido esto no sucede. Un buen ejemplo de desmezcla se produce en la solución sólida de los feldespatos alcalinos (Na-K), en ellos se desarrollan unas finas láminas de Na dentro de un feldespato rico en K denominadas pertitas .

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