GEOQUIMICA Es la ciencia que estudia la química de los materiales que se encuentran en la tierra, Principalmente:
- La distribución de los elementos en la tierra (descriptivo) - Los principios que gobiernan su distribución (interpretativo)
PROPIEDADES DE LOS ELEMENTOS 1. NUMERO ATOMICO Es el número de protones del núcleo de un átomo (Z) Los átomos de un mismo elemento pero con diferente número de neutrones se llaman isotopos.
2. NUMERO MASICO Es la suma del numero atómico mas el numero de neutrones A=Z+N
3. MASA ATOMICA (peso atómico) Es el número de veces que el átomo de un elemento contiene en peso la 12ava parte del isotopo 12 del átomo de carbono, y la masa atómica UMA = Ax1.66x10-24
4. MASA MOLECULAR (peso molecular) Es el número de veces que la molécula del cuerpo contiene la 12ava parte del peso del isotopo 12 del átomo de carbono, se determina sumando los pesos atómicos del carbono.
5. RADIO ATOMICO Y IONICO El radio atómico es la mitad de la distancia entre los centros de dos átomos de un mismo elemento.
6. EL RADIO IONICO Es la distancia entre los centros de un catión y un anión. - En los elementos de un mismo grupo de la tabla periódica el radio iónico aumenta a medida que aumenta el número atómico. - En los iones positivos de la misma estructura electrónica el radio iónico disminuye al aumentar la carga. - En los elementos que presentan la misma valencia al ion de mayor carga corresponde un radio más pequeño.
7. ENERGIA DE IONIZACION Es la energía mínima que se requiere para quitar un electrón de un átomo en estado gaseoso. Aumenta a través de un periodo y disminuye al descender de un grupo, su unidad de media es el electronvoltio.
8. AFINIDAD ELECTRONICA Es la cantidad de energía involucrada cuando un electrón es aceptado por un átomo que se encuentra en estado gaseoso, es la capacidad para aceptar uno o más electrones. Es contrario a la energía de ionización esto significa que debe ganar energía para quitar un electrón, cuando se agrega un electrón a un átomo se libera energía, los metales tienen baja afinidad.
9. ELECTRONEGATIVIDAD Es la capacidad de un átomo para atraer hacia si los electrones de un enlace químico. Los elementos con electronegatividad alta tienen más tendencia para atraer electrones. - La electronegatividad aumenta de izquierda a derecha en la tabla periódica. - La electronegatividad disminuye al aumentar el número atómico y las características metálicas.
10.
NUMERO DE COORDINACION
Es la cantidad de átomos o iones de signo opuesto que se disponen a la distancia del ion más próximo del ion central.
TIPOS DE ENLACES QUIMICOS Es la unión de átomos, moléculas o iones:
1. ENLACE IONICO: Es la atracción entre iones con signo eléctrico opuesto, que se verifica mediante la transferencia parcial o completa de los electrones de valencia, el de electricidad baja cede electrones y quedan unidas a través de las fuerzas electrostáticas de Columb. - Son de naturaleza inorgánica, tienen baja conductibilidad eléctrica, se dan en estado sólido (ClNa, ClK, ClAg, etc)
2. ENLACE COVALENTE: También llamado homopolar, los átomos no están ionizados sino que se comparten electrones, dos por ligadura, que giran en un orbital común haciendo a este enlace el más fuerte de todos los enlaces químicos. Los compuestos formados son gases, líquidos o sólidos, tienen bajo punto de fusión son insolubles en los solventes polares y solubles en disolventes no polares, - No son buenos conductores de electricidad, es característico de la unión entre elementos no metálicos (diamante, carburo de silicio) - Unidos con otro de enlace débil son blandos, (Grafito, rejalgar) - Son de naturaleza orgánica.
3. ENLACE METALICO: Se da solamente entre los átomos de elementos electropositivos y es responsable de la cohesión de los metales y sus aleaciones, lo constituyen la atracción entre los iones positivos y la nube de letrones negativamente cargados, son buenos conductores de la corriente eléctrica, brillantes, dúctiles, maleables, etc.)
4.
ENLACE DE VAN DER WAALS: Es un enlace débil, es un enlace de campo residual, es encontrado en los cristales de los elementos inertes, fija moléculas neutras y
unidades estructurales sin carga mediante débiles cargas de superficie, solo se encuentran en compuestos orgánicos y gas, muy poco en los metales (el yeso)
5. ENLACE DE HIDROGENO: Se produce cuando el hidrogeno entra en covalencia con el oxigeno o con el azufre y es atraído por un tercer átomo y los tres forman una cadena, (el hielo, la caolinita, etc.)
6. ENLACE MIXTO: Es aquel en el que interviene la covalencia y la carga eléctrica en proporciones similares (carbonatos, sulfatos se unen en covalencia al oxigeno)
ESTRUCTURA DE LOS SILICATOS Los silicatos consisten en grupos de silicio y oxigeno de varias órdenes el cual el silicio está siempre rodeado de por cuatro oxígenos en las esquinas de un tetraedro:
1. GRUPOS TETRAEDRICOS INDEPENDIENTES: Los tetraedros Si-O se presentan como cantidades separadas, la comparación resultante es SiO 4 (fosterita: Mg2 SiO4, piropo: Mg3 Al2(SiO4), etc.), Se llaman nesosilicatos, se caracterizan por tener iguales distancias entre los átomos.
2. GRUPOS TETRAEDRICOS ENLAZADOS: Los tetraedros Si-O se unen por medio de un oxigeno y la comparación resultante es: Si 2O7 se llaman sorosilicatos. Si se unen más de dos tetraedros forman anillos a los que se les llama ciclosilicatos, que se caracterizaban por tener diferentes distancias interatómicas (Olivino, topacio, etc.)
3. ESTRUCTURAS DE CADENA: Están formados por radicales infinitos unidimensionales que constan de poliedros de coordinación enlazados linealmente, se llaman
inosilicatos. De cadena simple (enstatita) y de cadena doble (anfíboles)
4. ESTRUCTURAS HOJOSAS: Tres oxígenos de cada tetraedro son compartidos con cadenas adyacentes para formar extensas hojas planas (micas, arcillas, contienen Al, y K) se les llama
filosilicatos.
5. ESTRUCTURAS DE ARMAZON: Cada uno de los tetraedros SiO 4 comparten todos sus vértices con otros tetraedros, dando una red solida tridimensional que es la unidad fundamental del cuarzo, albita, el silicio está parcialmente sustituido por el aluminio Al(Si3Al)O8, se denominan
tectosilicatos. PROPIEDADES DE LOS TIPOS DE ESTRUCTURA ISOMORFISMO
-
-
Se denomina al fenómeno de existir sustancias con composiciones químicas análogas que poseen estructuras cristalinas estrechamente relacionadas y: Pertenecen al mismo sistema cristalino, cristalizan simultáneamente y poseen propiedades químicas y físicas comparables. Isomorfismo limitado o imperfecto Isomorfismo ilimitado o perfecto : anortita, ortoclasa
POLIMORFISMO
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Significa la variedad de su estructura cristalina teniendo la misma composición química son de dos tipos: Reversibles: (enantiotropas) cuarzo alfa- cuarzo beta Irreversibles: (monotropas) aragonita - calcita.
PSEUDOMORFISMO Es un mineral con forma cristalina externa de otra especie, de acuerdo a:
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Sustitución:
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Incrustación:
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Alteración:
Es la renovación parcial del material original, sin reacción química (remplazo de la sílice) Cuando se deposita una costra de un mineral sobre los cristales de otro (cuarzo-fluorita) Se produce cuando a existido una adición parcial de material nuevo (anhidrita CaSO4 – yeso CaSO4 2H2O, galena PbS – anglesita PbSO4)
ISOTIPOS Teniendo la misma estructura, pero contienen iones suficientemente diferentes para que no puedan reemplazarse en un mismo edifico cristalino.
CLASIFICACION GEOQUIMICA DE LOS ELEMENTOS SEGÚN GOLDSCHMIDT Basado en la similitud, de la configuración electrónica de los varios grupos.
1.
SIDEROFILOS: Son aquellos elementos que tienen afinidad al hierro, y sus electrones exteriores no están disponibles para combinarse con otros, porque su estructura electrónica en su nivel más externo no esta completamente rellenado, tienden a ocurrir en estado nativo, forman enlaces metálicos, tienden a concentrarse en el núcleo terrestre, tienen escasa afinidad al O y S (Fe, Ni, Co, Pt, etc.)
2.
CALCOFILOS: Son aquellos elementos que tienen afinidad con el azufre, sus electrones están más disponibles tienden a formar iones, tienen
potencial de ionización más alto que los siderófilos, favorecen a la unión covalente, se enriquecen en el manto terrestre.
3.
LITOFILOS: Tienen afinidad con el oxigeno y al Si, sus electrones están disponibles para formar iones, tienden a formar enlaces iónicos con el oxigeno, tienen bajo potencial de ionización, se combina fácilmente, son los más abundantes de la corteza terrestre
4.
ATMOFILOS: Son los elementos que conforman la atmosfera, son los gases inertes, nobles y se presentan en estado libre.
5.
BIOFILOS: Son los elementos afines a la vida, concentrados en los seres vivos, parecen pertenecer a más de un grupo: - Con exceso de hierro el Co y Ni son siderófilos, el Cr es calcófilo - El manganeso es litófilo como calcófilo
CLASIFICACION DE SZADECZKY-KARDOSS - siderofilos: en la fase metálica - Sulfocalcofilos: en la fase sulfuro - Oxicalcofilos : óxidos y sulfuros - Litofilos : en la cristalización - Pegmatofilos: de transición – pegmatiticos - Sedimentofilos: volátiles, mineralizantes, químicamente activos - Atmofilos: volátiles inertes - Biofilos: elementos para el metabolismo celular.
CLASIFICACION COSMOQUIMICA Y VOLATILIDAD a) Refractarios: Condensan a temperaturas más altas que los silicatos. b) Moderadamente silicatos y metales.
volátiles:
Condensan a temperaturas entre
c) Altamente volátiles: Condensan a temperaturas inferiores al del azufre (Cl, Br, Cd, etc.)
CLASIFICACION GENERAL A) Elementos mayores: son considerados ser los elementos estructurales de los elementos mayores. B) Elementos menores: son considerados ser los elementos estructurales de los minerales. C) Elementos traza: son menores en concentraciones muy bajas.
GEOQUMICA DE LOS PROCESOS MAGMÁTICOS MAGMA Se denomina magma a toda serie de procesos geológicos relacionados con la fusión de grandes masas de rocas en el interior de la tierra. Es una fusión liquida que contiene principalmente silicatos, se caracteriza por la presencia de constituyentes de diferente grado de volatilidad (silicatos, sulfatos, óxidos, etc.), los elementos volátiles se pierden al solidificarse, sus componentes principales son: sílice (4575%, alúmina 15%, y cationes de Fe, Mg, Ca, etc.) Según a la profundidad que se consolidan forman a las rocas plutónicas, hipabisales y volcánicas, de diferencian por el tamaño de sus cristales, y su textura, de acuerdo a (espacio, tiempo y composición química).
Por su estado fisicoquímico y termodinámico se distinguen en: - Epimagma: la presión de los gases es mucho mayor que la presión externa. - Piromagma: a profundidades intermedias, la presión de los gases es mayor que la presión externa.
- Hipomagma: magma relativamente inmóvil, viscoso, la presión externa es mayor que la presión interna.
-
PROCESOS QUE ORIGINAN LAS ROCAS 1.
FUSION PARCIAL: Es el proceso por el cual se genera un líquido a partir de un sólido, mediante: - Fusión en equilibrio : el líquido se forma en los espacios intergranulares de la roca madre. - Fusión Fraccionada: el liquido es segregado una vez o continuamente. - Fusión por zonas - Fusión en desequilibrio. La composición del líquido inicial es idéntica a los elementos del magma. La abundancia de elementos traza está controlada por el tipo de la fusión y de las fases. La fusión fraccionada puede producir magmas de diferente composición a partir de un mismo material original.
CAUSAS QUE PROVOCAN LA FUSIÓN 1. perturbación del gradiente geotérmico 2. descenso del solidus y liquidus por la adición de volátiles 3. ascenso o diapirismo de porciones del manto en condiciones adiabáticas.
2. CRISTALIZACIÓN FRACCIONADA: Es la separación de los magmas enfriados en partes por la cristalización de los diferentes minerales debido a la progresiva disminución de la temperatura. Una vez producida la segregación comienza el ascenso de los magmas, en los primeros estadios el magma se mueve en condiciones adiabáticas (aquí no inicia la cristalización) al entrar en la corteza se paraliza el ascenso y origina la cámara, magmática, en la cámara el magma evoluciona en condiciones isobáricas (igual presión atmosférica), cuando la temperatura desciende comienza la cristalización gradual por la diferencia composicional.
a) Cristalización en equilibrio: los minerales que precipitan reaccionan con el equilibrio la roca resultante tiene la misma composición que el fundido original (basalto-dolerita-gabro-eclogita)
b) Cristalización fraccionada: los minerales y el líquido residual se separan, se empobrece en los elementos constituyentes, las rocas tendrán una composición más o menos alejada de la composición original. La secuencia depende de la composición y de las condiciones fisicoquímicas un magma básico, olivino, plagioclasas calsicas, piroxenas cristalizan primero. La separación cristales-liquido residual, se da por separación gravitatoria, flotación, filtrado por presión, fraccionamiento conectivo.
3. PROCESOS DE MEZCLA Consiste en la combinación de dos o más magmas coetáneos de composición más o menos contrastable. Son procesos complejos de mezcla de magma, contaminación del material originario, asimilación- intercambio isotópico: roca-magma
4. ASIMILACION: Es la incorporación y digestión de un material preexistente, por un magma. - Si el material asimilado son fases individualizadas es asimilado a la mezcla. - Si el material incorporado son rocas el efecto sobre el magma es distinto a la composición original.
AMBIENTES DE GENERACION DE LOS MAGMAS A) MAGMATISMO EN BORDES DE PLACA CONVERGENTES O MARGENES DE PLACAS DESTRUCTIVAS (Subducción de placas) Por la enorme fricción se genera gran cantidad de calor lo que genera los magmas - A profundidades de 80 Km el aumento de T y P provoca la deshidratación de los minerales - A profundidades de los 100 Km se originan los magmas de naturaleza menos básico /( peridotitas, piroxenitas)
B) MAGMATISMO EN BORDES DE PLACAS DIVERGENTES O MARGENES DE PLACAS CONSTRUCTIVAS Aquí se genera más del 80 % del magmatismo, se produce por el ascenso convectivo de material peridotitico la disminución de la presión favorece a la fusión. C) MAGMAS EN BORDES DE PLACAS TRANSFORMANTES Generada por el movimiento de fallas transformantes D) MAGMATISMO EN ZONAS DE INTRAPLACAS OCEÁNICA Y CONTINENTAL - Punto caliente: región en el manto inferior en la proximidad del núcleo
OCURRENCIA -
En el continente, en el océano, en áreas de inestabilidad tectónica, tienen una relación a la composición y al ambiente. Basalto: en el continente como en los océanos a) Basalto toleitico: contienen los piroxenos, feldespato y plagioclas
b) basalto olivino- alcalino - Dunitas y peridotitas - Riolita
COMPOSICION QUIMICA DE LAS ROCAS IGNEAS Y SUS MAGMAS - sílice: 30-80% de SiO2 en rocas plutónicas - alúmina: 10-20 % de Al2O3 en trocas con poco feldespato - El sodio: 2-5%
COMPOSICION MINERALOGICA DE LAS ROCAS IGNEAS - Cuarzo, feldespato, piroxeno, anfíbol, biotita, minerales de titanio, apatito, olivino, micas y otros.
GRADO DE FRACCIONAMIENTO
-
Se da por separación mecánica, por separación química y por zonación. Si el fraccionamiento no se produce los cristales quedan permanentemente en contacto y en equilibrio con el líquido. Si el fraccionamiento es alto se forman un líquido basáltico. La formación de las rocas ígneas se da por: Consolidación de los magmas Por cristalización fraccionada Por cristalización de los líquidos
PRODUCTOS DE LA DIFERENCIACION a) A la combinación de múltiples maneras posibles diferenciación fraccionada b) A los distintos grados de contaminación de los magmas.
de
la
CARACTERÍSTICAS GEOQUÍMICAS DE LA CRISTALIZACIÓN MAGMÁTICA - la cristalización depende del cociente de proporción de solidificación y -
-
de la presencia o separación de cristales primeramente formados. La cristalización de un magma mafico comienza con la formación del olivino y la onortita, a medida que vaya bajando la temperatura estos minerales reaccionan con la masa fundida y se convierten en piroxenos. La cristalización fraccionada de un magma basáltico puede dar lugar a rocas cada vez más silíceas hasta llegar a una composición granítica. Se da en dos tipos.
Reacción continua: los cristales cambian en forma gradual a) de composición química por reacción con la masa fundida, sin cambiar su sistema cristalino (plagioclasas ricas en Ca-Na) son claras.
Reacción discontinua: la fase formada reacciona con la b) masa fundida, para dar una nueva fase con diferente estructura cristalina y diferente composición química (Fe-Mg) son oscuros: olivino-piroxeno - anfiboles-micas.
REGLAS DE LA DISTRIBUCION DURANTE LA CRISTALIZACION MAGMATICA REGLAS DE GOLDSCHMIDT Basados en la importancia del tamaño iónico, la carga, el balance eléctrico y número de coordinación.
1° regla:
cuando dos iones que tienen igual o diferente carga
eléctrica, pero diferentes radios iónicos pero que no difieren en más de un 15% ambos podrán entrar o sustituir uno a otro en la red cristalina (Mg y Fe) (Ca y Na)
2° regla: cuando
hay dos iones disponibles para entrar en la red
cristalina de un mineral a formarse y ellos tienen la misma valencia y el mismo radio iónico, ambos pueden entrar a la red cristalina con igual facilidad (Mg y Fe)
3° regla: cuando hay dos iones del mismo radio iónico pero con diferente carga eléctrica, el ion con la carga más grande preferentemente entrara a la red cristalina (plagioclasas, Na<, Ca>)
4° regla:
cuando hay dos iones con la misma carga, pero con
diferente radio iónico, el ion más pequeño preferentemente entrara en la red cristalina de un mineral formado (Na 0.98A°, primero; K 1.33A° después)
REGLAS DE RINGWOOD Regla N°01.- cuando dos iones poseen radios y cargas similares, el ion que tiene la menor electronegatividad preferentemente ya que forma una unión más iónica.
se
incorpora
Regla N°02.-
en caso de dos cationes que tengan similar electronegatividad e igual carga, el catión de menor radio iónico entrara preferentemente en la red cristalina.
Regla N° 03.- para un catión y dos diferentes aniones, el enlace con el anión mas grande es mas covalente (o menos iónico)
Regla N° 04.- para un anión y dos diferentes cationes, el enlace con el catión más pequeño es mas covalente (o menos iónico).
Regla N°05.-
para dos iones con aproximadamente iguales tamaños. Pero con diferentes cargas eléctricas, el ion can la carga más grande forma un enlace covalente (o menos iónico)
