TEMA PARA LA MATERIA DE QUIMICA BASICA CON LABORATORIO...INSTITUTO TECNOLOGICO DE SONORA...t/t

1. La materia mineral Calcita Cuarzo

2. 1.- Los cristales Desde muy antiguo el ser humano se ha sentido atraído por los colores, el brillo y, en especial, las formas geométricas casi perfectas de muchos cristales que se encuentran en las rocas. Cuarzo ( SiO 2 ), variedad “cristal de roca”

3. Cristales de Fluorita CaF 2 Los cristales naturales no siempre son incoloros

4. Cristales de pirita FeS 2 Los cristales naturales no siempre son transparentes

5. Cristales de pirita

6. Un cristal es cualquier sólido homogéneo limitado por caras planas y con forma geométrica externa.

7. ¿Cómo explicar estos “caprichos de la naturaleza”? Nicolás Steno, 1669: Los ángulos entre las caras del “cristal de roca” (cuarzo) eran siempre iguales. Llegó a la conclusión de que la causa debía buscarse en el interior de estos cristales.

8. ¿Cómo explicar estos “caprichos de la naturaleza”? René Haüy , 1784: Rompiendo un cristal en trozos, éstos conservan la forma del cristal. Supuso que un cristal es la repetición de unas celdillas unitarias . Los trozos mantienen la forma y los ángulos del cristal grande.

9. ¿Cómo explicar estos “caprichos de la naturaleza”? Hizo radiografías (Rayos X recientemente descubiertos) y demostró que los átomos se disponen ordenadamente en toda sustancia cristalina. Von Laue, 1912: Albert Einstein Max Von Laue

10. Es la materia sólida cuyos átomos, moléculas o iones se disponen ordenadamente en las tres direcciones del espacio. 2.- Materia amorfa y materia cristalina Materia Cristalina Amorfa Es la materia sólida cuyos átomos, moléculas o iones se distribuyen de forma caótica, esto es, sin orden.. Ópalo Cuarzo

11. Por ejemplo: Aunque no los veamos a simple vista, muchos minerales forman pequeños cristales, como el cinabrio que aparece en esta foto. En la actualidad se da el nombre de CRISTAL a cualquier sustancia sólida con estructura cristalina, aunque externamente no veamos formas geométricas.

12. Casi todos los sólidos naturales tienen estructura cristalina. Sólo unos pocos son materia amorfa. En Ciencias CRISTAL significa lo que ya hemos dicho. Un VIDRIO realmente es materia amorfa y, por consiguiente, no debemos llamarlo cristal. Por ejemplo: Incluso los minerales de las arcillas forman cristales, pero sólo pueden verse con un microscopio petrográfico. vidrio

13. El vidrio se fabrica fundiendo arena de cuarzo mezclada con sosa y otros compuestos. Al ser su enfriamiento relativamente rápido, los átomos no tienen tiempo para ordenarse, por lo que acaba teniendo una estructura amorfa. Fabricación de vidrio Soplado de vidrio Soplado de vidrio

14. Fabricación de vidrio Colada de lava de un volcán Enfriamiento rápido Enfriamiento rápido Obsidiana o vidrio volcánico Vidrio Son materia amorfa

15. Redes cristalinas Observa estos diferentes modelos de la estructura cristalina del cloruro sódico (NaCl): Cl Cl Na Na

16. Cl Na Celdilla unidad del NaCl ¿Serías capaz de decir cuántas celdillas tiene este cristal de NaCl?

17. Estructura cristalina del cloruro sódico (NaCl): Construyendo la estructura de un edificio: Busca la palabra estructura en un diccionario

18. En los materiales cristalinos, los átomos aparecen ordenados en el espacio formando figuras geométricas que se denominan redes cristalinas.

19. redes cristalinas Cristales Los átomos de los minerales se unen disponiéndose ordenadamente en el espacio, formando

20. Detalle de un cristal de cuarzo SiO 2

21. Cada mineral se parte de una forma característica, de acuerdo con su estructura cristalina

22. La parte de la Geología que estudia las redes cristalinas es la CRISTALOGRAFÍA. Tallado Zafiro tallado La Cristalografía resulta muy útil para conseguir el mejor tallado posible de una gema. Diamante tallado Tallado Zafiro en bruto Diamante en bruto

23. ¿Cómo reconocerías un diamante bruto si te encontrases con uno?

24. Cuarzo amatista Tallado A veces el valor de una gema no está en el mineral en sí, sino en su tallado Cuarzo ahumado Tallado

25. 3.- El proceso de cristalización El proceso de formación de los cristales se llama cristalización Cristalización Cristal Pero… ¿a partir de qué se forma un cristal? Y… ¿cómo se forma? ?

26. Un cristal se forma siempre por alguno de estos procesos: 1.- A partir de un material fundido que se enfría 2.- Por precipitación de sustancias disueltas 3.- Por sublimación de gases Fundido (estado líquido) Solidificación Estado sólido MAGMA CRISTALES de MINERALES Caliente Frío Disolución (H 2 O + Soluto) Precipitación Estado sólido Sustancia en estado gaseoso Sublimación Estado sólido CRISTALES de MINERALES CRISTALES de MINERALES

27. Veamos algunos ejemplos…

28. Este mineral, el olivino, cristaliza entre rocas volcánicas como el basalto. Es un ejemplo de mineral que se forma por solidificación del magma. Olivino

29. Enfriamiento en superficie Enfriamiento en profundidad Magma Rocas volcánicas Rocas plutónicas Estado líquido Estado sólido Así se forman las rocas ígneas o magmáticas Basalto Granito

30. El agua marina ha ido acumulando sales disueltas durante millones de años El agua del mar se evapora, pero no se evaporan las sales H 2 O H 2 O H 2 O H 2 O H 2 O H 2 O

31. AGUA DE MAR REFINADO Sal de mesa pura Obtención de sal en una salina Evaporación 36 g Un litro de agua de mar tiene disueltos de 34 a 39 gramos de sales (y no sólo sal común o cloruro sódico)

32. Cristal de sal gema o halita (cloruro sódico, NaCl)

33. No sólo la sal de cocina (NaCl) está disuelta en el agua de mar. Ésta contiene más iones disueltos. El cloro y el sodio son los más abundantes Pero fíjate que hay otros Na + Mg 2+ Ca ++ K + Cl - SO 4 2- Gramos/litro

34. Cristales de Azufre Nativo (S) Azufre en estado gaseoso Sublimación Fumarola Estado sólido Ejemplo de cristalización por sublimación: En las solfataras (fumarolas de azufre gaseoso) se forman cristales de azufre por sublimación.

35. Geoda de cuarzo En ocasiones, los cristales se forman dentro de una cavidad, hacia dentro. Esto se llama GEODA.

36. ¡¡Geoda gigante de yeso !! ¿De qué depende el tamaño de los cristales?

37. ¿Cómo explicar el tamaño de los cristales?

38. Es fácil provocar cristalizaciones artificiales. Gracias a ello sabemos que hay dos factores que producen cristales más grandes o más pequeños: ¿De qué depende el tamaño de los cristales? 1- TIEMPO de cristalización (de crecimiento) 2- ESPACIO LIBRE para cristalizar (para crecer)

39. Cl Na Celdilla unidad del NaCl Piensa que un cristal se forma porque se van uniendo, más o menos lentamente, muchas celdillas, y que necesitan un espacio para crecer.

40. A más tiempo cristalizando (creciendo) y con una velocidad lenta de cristalización A más espacio para poder cristalizar (crecer) ………… . tamaño de los cristales ………… . tamaño de los cristales mayor mayor Piensa antes de responder:

41. El granito es una roca magmática plutónica. El tamaño de los cristales de los tres minerales es mayor que el de los microcristales de las rocas magmáticas volcánicas. Algunas rocas volcánicas, incluso tienen estructura amorfa. ¿Cómo explicas estos hechos? Granito Obsidiana o vidrio volcánico (amorfa)

42. Un mineral es un sólido homogéneo inorgánico de origen natural que tiene: 1.- una composición química fija 2.- una estructura cristalina determinada. 4.- Los minerales No puede ser artificial Muy pocos son materia amorfa Aunque a veces tienen impurezas No puede ser líquido o gas No puede ser orgánico Azúcar Ópalo Calcita pura Calcita con impurezas Acero

43. El grafito es una de las formas elementales en las que se puede presentar el carbono. Otra forma es el diamante . Grafito (C) Diamante (C) Polimorfismo Están hechos de lo mismo: Carbono (C), pero su estructura cristalina es distinta. Son minerales polimorfos. Red cristalina Red cristalina (Tallado)

44. Isomorfismo Cl Na S Pb Halita o sal gema: cloruro de sodio (NaCl) Halita Galena: sulfuro de plomo (SPb) Son minerales isomorfos Galena

45. Propiedades de los minerales Hábito Dureza Exfoliación y fractura Color Raya Brillo Densidad y otras Propiedades que dependen de la estructura cristalina Propiedades que dependen de la composición química

46. Propiedades de los minerales Hábito Hábito acicular (en forma de agujas) de la mesolita Es la forma usual de presentarse los cristales minerales o los agregados de cristales. Hábito laminar de la mica Agregados arriñonados de la goethita

47. Es la resistencia que ofrece un mineral a ser rayado. En la escala de Mohs se clasifica la dureza en una escala de 1 a 10. El mineral de dureza 1 es el más blando mientras el diamante con dureza 10 es el más duro. El cuarzo (dureza 7) raya a los minerales de menor dureza, como la calcita (dureza 3). El diamante raya a todos. Propiedades de los minerales Dureza Escala de Mohs Raya todos los minerales DIAMANTE 10 Raya todos los anteriores CORINDON 9 Tela esmeril de calidad. TOPACIO 8 Lima de acero. CUARZO 7 Cortaplumas. ORTOSA 6 Trozo de vidrio. APATITO 5 Un clavo de acero. FLUORITA 4 Una moneda o un cuchillo. CALCITA 3 Uña. YESO 2 Uña. TALCO 1 MATERIAL QUE LO RAYA MINERAL DUREZA

48. Propiedades de los minerales Exfoliación y fractura Exfoliación en láminas de la mica Exfoliación en romboedros de la calcita Al romperse se originan nuevas caras planas Al romperse se originan caras curvas o irregulares Sílex: tiene fractura concoidea

49. Es el aspecto de la superficie de un mineral cuando refleja la luz. Brillo metálico , que refleja fuertemente la luz. Los minerales de brillo metálico son opacos. Brillo no metálico Los no metálicos son de colores claros y transparentes al menos cuando se cortan en láminas muy delgadas. Las distintas variedades son: vítreo : que tiene reflejo de vidrio . adamantino : muy luminoso. graso : recuerda al aceite. Propiedades de los minerales Brillo Cuarzo (vítreo) Azufre (graso) Diamante (adamantino) Galena Ejemplo Ejemplos

50. Es difícil describir con palabras el brillo metálico, pero seguro que sabes reconocerlo. En esta foto se ve muy bien el brillo metálico de la pirita: La pirita es sulfuro de hierro: FeS 2

51. En esta foto se ve muy bien el brillo vítreo de la calcita La calcita es carbonato cálcico, CaCO 3

52. Efervescencia Propiedades de los minerales Efervescencia en una roca caliza en contacto con un ácido fuerte (por ejemplo ác. clorhídrico o ác. sulfúrico) La efervescencia es la formación de burbujas de gas por una reacción química. Propiedades químicas Se someten los minerales y rocas a experimentos químicos para hacerlos reaccionar y averiguar así su composición. Ejemplo

53. Doble refracción o birrefringencia de la calcita Otras propiedades

55. Oxígeno Silicio Aluminio Hierro Calcio Sodio Otros O Si Al Fe Ca Na 49,3% 25,8% 7,6 % 4,7 % 3,4 % 2,7% Composición de la corteza terrestre

56. Elementos nativos Son minerales constituidos por un solo elemento químico Azufre nativo (S) Cobre nativo (Cu) Diamante (C) Oro nativo (Au)

57. Sulfuros Estos minerales son combinaciones del azufre (S) ( sulphur en latín) con un metal Pirita: sulfuro de hierro Cinabrio: sulfuro de mercurio FeS 2 PbS HgS Galena: sulfuro de plomo

58. Óxidos e hidróxidos Metal + Oxígeno Metal + OH Son combinaciones de

59. Hematites u oligisto (un tipo de óxido de hierro) Fe 2 O 3 Óxidos e hidróxidos

60. Magnetita (otro tipo de óxido de hierro) Fe 3 O 4 Óxidos e hidróxidos

61. Limonita (un tipo de hirdróxido de hierro) Óxidos e hidróxidos

62. Goethita (otro tipo de hidróxido de hierro) FeO(OH) Óxidos e hidróxidos

63. Bauxita Es la única mena de aluminio Aunque no lo parezca, de este mineral se extrae el aluminio Óxidos e hidróxidos

64. Haluros Estos minerales son sales que forman los elementos halógenos Halita o sal gema NaCl Cloruro sódico Silvina KCl Cloruro potásico Fluorita CaF 2 Fluoruro de calcio

65. Carbonatos Estos minerales contienen el anión carbonato CO = 3 (carbonato de calcio) Ca CO 3 Calcita Aragonito Romboedro Prisma hexagonal Son un ejemplo de polimorfismo (misma composición pero distinta estructura cristalina)

66. Calcita Ca CO 3 (carbonato de calcio) Carbonatos

67. Calcita pura Carbonatos

68. Calcita con impurezas Carbonatos

69. Calcita Carbonatos

70. Calcita: variedad dientes de perro Carbonatos

71. De las rocas calizas, que están formadas por calcita, se obtiene la cal (CaO , óxido de calcio), con la cual se encalan tradicionalmente las casas de Andalucía y otros pueblos del Mediterráneo. Carbonatos

72. Sulfatos Estos minerales contienen el anión sulfato SO = 4 Yeso especular Cristales de yeso Geoda gigante de yeso El yeso es sulfato de calcio hidratado.

73. Silicatos Contienen Silicio (Si) y Oxígeno (O) en combinación con otros elementos químicos. Es el grupo más común en la corteza terrestre, y también el más variado y con fórmulas químicas que pueden llegar a ser muy complejas. Estructura básica de los minerales silicatados

74. Silicatos

75. Oxígeno Silicio Aluminio Hierro Calcio Sodio Otros O Si Al Fe Ca Na 49,3% 25,8% 7,6 % 4,7 % 3,4 % 2,7% Composición de la corteza terrestre

76. Cristales de Cuarzo (variedad pura o cristal de roca) SiO 2 Silicatos

77. Variedad cuarzo amatista Algunas variedades de cuarzo

78. Cuarzo rosa Algunas variedades de cuarzo

79. Cuarzo ahumado Algunas variedades de cuarzo Tallado para joyería

80. Calcedonia azul Ojo de tigre Algunas variedades de cuarzo Cuarzo rosa Cuarzo amatista Cuarzo ahumado

81. Algunas variedades de cuarzo Variedad microcristalina: ÁGATA

82. ÁGATA

83. Geoda de cuarzo Algunas variedades de cuarzo

84. Algunas variedades de cuarzo Bordes cortantes Variedad micro- cristalina: SÍLEX

85. Algunas variedades de cuarzo SÍLEX

87. Casi todos los granos de arena de las playas son de cuarzo

88. Arcilla Silicatos

89. Muestras del trabajo en arcilla realizado por alumnos del I.E.S. Suel de Fuengirola

90. Feldespato potásico: ortosa KAlSi 3 O 8 K: potasio Al: aluminio Si: silicio O: Oxígeno Silicatos

91. Mica negra o biotita (KAl 3 H 2 (SiO 4 ) 3 ) K: potasio Al: aluminio H: hidrógeno Si: silicio O: Oxígeno Silicatos

92. Mica blanca o moscovita KAl 2 (Si 3 Al)O 10 (OH) 2 Silicatos

93. Granates (Mg,Fe,Mn) 3 (Al,Fe) 2 (SiO 4 ) 3 Silicatos

94. Granates Silicatos

95. Zafiro Silicatos

96. Zafiro en bruto Zafiro tallado para joyería Silicatos

97. Lapislázuli Silicatos

98. Olivino (Mg,Fe) 2 SiO 4 Es un silicato de hierro y magnesio Silicatos

99. Talco (Mg,Fe) 2 SiO 4 Es un silicato de magnesio Silicatos

100. Utilidad de los minerales Un mineral es mena de un elemento químico de interés cuando contiene cantidades aprovechables de dicho elemento. PbS Galena: sulfuro de plomo Plomo (Pb) SEPARACIÓN Pb - S Por ejemplo Azufre (S) (residuo) “ La galena es mena de plomo”

102. El ser humano viene extrayendo minerales metálicos desde hace mucho tiempo. Esto ha sido posible porque estos minerales aparecen concentrados en YACIMIENTOS en los que resulta rentable la extracción.

103. Se pueden observar las antiguas galerías romanas. Minas de Riotinto (Huelva)

104. Minas a cielo abierto Riotinto (Huelva) Las minas son explotaciones de los yacimientos.

105. La historia de la humanidad está ligada a los metales desde el fin de la Edad de Piedra

106. Puntas de flecha de bronce utilizadas en las grandes culturas de la Antigüedad durante la Edad de Bronce (tercer y segundo milenio a.C.). Puntas de lanza de bronce, región del Mediterráneo, segundo milenio a.C. Conjunto de monedas antiguas de cobre y bronce. Hachas de cobre y bronce, usadas en Europa durante la Edad de Cobre y Bronce. Dedales y agujas de cobre y bronce, Imperios Romano y Binzantino.

107. Elementos nativos Tienen importancia económica los “Metales Nobles”: oro, plata y platino. Platino nativo (Pt) Oro nativo (Au) Economía Orfebrería Gas de escape Catalizadores Plata (Ag): no suele aparecer nativa Instrumentos médicos

108. Sulfuros Calcopirita: sulfuro de cobre y hierro Cinabrio: sulfuro de mercurio PbS HgS Galena: sulfuro de plomo Blenda: sulfuro de hierro y cinc Pb Cu Zn Hg (Zn,Fe)S Plomo Cobre Cinc Mercurio Perdigones Bronce Latón Cables Pilas Aleaciones Termómetros Es muy tóxico CuFeS 2

109. Sulfuros Pirita: sulfuro de hierro. No es mena de hierro, sino de azufre FeS 2 Ácido sulfúrico H 2 SO 4 Diversos usos industriales S Azufre

110. Hematites u oligisto Fe 2 O 3 Óxidos e hidróxidos SnO 2 Casiterita Bauxita AlO(OH) Fe Sn Al Hierro Estaño Aluminio Hojalata

111. Uraninita Ilmenita Cromita Cr Ti Óxidos e hidróxidos U Cromo Titanio Uranio Acero inoxidable Aleaciones ligeras Radiactivo

112. Minerales no metálicos Silicatos Haluros Carbonatos Sulfatos Elementos nativos

113. Silicatos Cuarzo Vidrio Tecnología digital Silicatos de las rocas Arcillas Material de construcción Alfarería

114. Haluros NaCl Cloruro sódico obtenido en salinas Silvina KCl Cloruro potásico Fluorita CaF 2 Fluoruro de calcio Conservante (salazones) Fertilizante plantas Complemento dietético Esmalte dental Potasio Flúor

115. La DENSIDAD de los minerales PbS Galena: sulfuro de plomo

116. Así podemos medir el volumen de un mineral: El volumen será: V = 40 cm 3 – 30 cm 3 = 10 cm 3

117. Clic aquí para repasar lo aprendido con Actividades Interactivas