Los Silicatos

Introducción

A modo de material didáctico y apoyo para la clase de Geología en la carrera de Ciencias de la Tierra, a lo largo de este documento procederemos a acercarnos al importante mundo de los silicatos, cuya bastedad nos obliga a tratar de forma general el tema, obviando muchos de los minerales que integran este grupoante la falta del tiempo suficiente para ampliar los tópicos.

Los silicatos forman la mayor parte de los minerales existentes en la corteza terrestre. De acuerdo con su organización interna los silicatos dan diversos tipos de minerales como pegmatitas, rocas meteorizadas, rocas ígneas, metamórficas y sedimentarias. Las utilidades de los minerales derivados de esta gran familia tienen utilidad en prácticamente todas las áreas de interés humano, desde la construcción hasta la cosmética, pasando por la alimentación y el ornato.

Los silicatos constituyen más del 95% de la corteza terrestre, además del grupo de más importancia geológica por ser petrogénicos, es decir, los minerales que forman las rocas. Todos los silicatos están compuestos por silicio y oxígeno. Estos elementos pueden estar acompañados de otros entre los que destacan aluminio, hierro, magnesio o calcio.

Químicamente son sales del ácido silícico. Los silicatos, así como los aluminosilicatos, son la base de numerosos minerales que tienen al tetraedro de silicio-oxígeno (un átomo de silicio coordinado tetraédricamente a átomos de oxígeno) como su estructura básica: feldespatos, micas, arcillas.

Los silicatos forman materiales basados en la repetición de la unidad tetraédrica SiO44-. La unidad SiO44- tiene cargas negativas que generalmente son compensadas por la presencia de iones de metales alcalinos o alcalinotérreos, así como de otros metales como el aluminio.

Los silicatos forman parte de la mayoría de las rocas, arenas y arcillas. También se puede obtener vidrio a partir de muchos silicatos. Los átomos de oxígeno pueden compartirse entre dos de estas unidades SiO44-, es decir, se comparte uno de los vértices del tetraedro. Por ejemplo, el disilicato tiene como fórmula [Si2O5]6- y, en general, los silicatos tiene como fórmula [(SiO3)2-]n.

En el caso de que todos los átomos de oxígeno estén compartidos, y por tanto la carga está neutralizada, se tiene una red tridimensional denominada sílice o dióxido de silicio, SiO2.

En los aluminosilicatos un átomo de silicio es sustituido por uno de aluminio.

Clasificación

Nesosilicatos

Sorosilicatos

Ciclosilicatos

Inosilicatos

Filosilicatos

Tectosilicatos

NESOSILICATOS

Los nesosilicatos, llamados también ortosilicatos, son una división de minerales de la clase silicatos compuestos por átomos de silicio y oxígeno unidos por enlace covalente, con uniones iónicas con cationes muy diversos, produciendo los distintos minerales que componen esta familia.

Algunos ejemplos de nesosilicatos son: granates (almandino, Piropo, grosularia, espersatina, andradita, uvarovita), olivino, topacio y circón.

Estructura molecular

Los nesosilicatos corresponden a la unión de un átomo de silicio con cuatro átomos de oxigeno, conformando un tetraedro aislado de fórmula [SiO4]4−, el cual puede tener enlaces iónicos con metales tales como sodio, calcio, hierro, aluminio, potasio, magnesio, etc.1

Los tetraedros de Si04 permanecen unidos entre sí con enlaces iónicos por medio de cationes intersticiales cuyos tamaños relativos y cargas determinan las estructuras de los compuestos.

Grupo del olivino.

El olivino o peridoto es un mineral de la clase 9 (silicatos), según la clasificación de Strunz. Es un nesosilicato de hierro y magnesio. Es normalmente verde parduzco y se halla en las rocas de origen magmático, en las zonas de rift, en sus etapas de apertura, especialmente en los basaltos. Se forma por cristalización de magmas básicos o ultrabásicos. Es mayoritario en dunitas y peridotitas, asociado a piroxenos y cromitas. Además es el mineral principal en gabros, basaltos y kimberlitas.

Formado por una mezcla isomorfa de fayalita y forsterita, sus dos especies extremo, férrica y magnésica, cristaliza en el sistema rómbico piramidal. Su peso específico varía entre 3,27 y 3,37, aumentando a medida que crece su contenido en hierro. A altas presiones (130 kbares) sufre cambios estructurales, se transforma con facilidad en serpentina o silicato hidratado de magnesio separando al mismo tiempo al hierro en forma de magnetita. La transformación tiene lugar a unos 400 km de profundidad y a 800-1.200 °C. La transformación polimórfica genera un aumento de la densidad y una disminución del volumen.

Los cristales límpidos (crisólitos) se emplean como piedra ornamental. La variedad gema del olivino se denomina peridoto.

El nombre de olivino hace referencia también al grupo de los olivinos, que incluye la tefroíta (Mn2SiO4), la monticellita (CaMgSiO4) y la kirschsteinita (CaFeSiO4).

Formación y ocurrencia

La gran mayoría de los olivinos se forman como producto de la cristalización de magma básico o ultrabásico. Los olivinos suelen ser de los primeros minerales que cristalizan así como lo indica la Serie de Bowen. En la superficie terrestre los olivinos se pueden hallar en rocas volcánicas, intrusiones, xenolitos, ofiolitas. También se hallan en algunos sedimentos volcaniclásticos inmaduros. En una cantidad muy inferior la especie extremo forsterita se forma durante el metamorfismo de dolomita rica en cuarzo según la siguiente ecuación química:

2CaMg(CO3)2 + SiO2 ↔ Mg2SiO4 + 2CaCO3+ 2CO2

En otras palabras:

Dolomita + Cuarzo ↔ Forsterita + Calcita + Dióxido de carbono

Propiedades macroscópicas

El olivino al ser un nesosilicato suele fracturarse de forma concoidal. El brillo suele ser vidrioso o graso. El color suele ser verde oliva, de ahí el nombre, o verde amarillento. Olivinos oxidados puede ser rojizos o casi negros. También pueden ser transparentes cuando se meterorizan.

Olivino, visto en clase

Estructura atómica

El olivino es una mezcla isomorfa de las especies extremo fayalita (silicato de magnesio) y forsterita (silicato de hierro) forman una solución sólida. Su composición se expresa comúnmente por el porcentaje de forsterita que contiene, por ejemplo Fo50 refiere a un olivino con cantidades iguales de fayalita y forsterita mientras Fo100 es sinónimo de forsterita pura. Los olivinos como grupo son nesosilicatos constituidos por polihedros aíslados uno del otro. La densidad sube mientras con más fayalita así como la dureza se reduce.

Características Generales

Categoría: Minerales nesosilicatos

Clase: 9.AC.05 (Strunz)

Fórmula química: (Mg,Fe2+)2SiO4

Propiedades físicas:

Color: Verde amarillento, verde oliva, negro verdoso o pardo rojizo

Raya: Blanca

Lustre: Vítreo

Sistema cristalino: Ortorrómbico

Dureza: 6,5-7

Densidad: 3,5 g/cm³

Grupo del granate

El grupo de los granates son un grupo de minerales que presentan cristales en forma de dodecaedros o trapezoedros. Pertenecen a los nesosilicatos y tienen la misma fórmula química: A3B2(SiO4)3 Los elementos químicos que pueden estar presentes en esta formulación son, sobre todo, calcio, magnesio, aluminio, hierro (II), hierro (III), cromo (III), manganeso y titanio.

El granate no tiene una fractura definida. Se suelen formar fracturas en forma de concha o irregulares. Hay variedades muy duras que se utilizan como abrasivos, debido a que su dureza es alta.

El nombre granate deriva del latín granatus, "con granos". Posiblemente se refiere al malum granatum —árbol de la granada—, planta cuyas semillas tienen forma, tamaño y color parecidos a los de algunos cristales de granate.

Colores

Existe la creencia errónea de que el granate es una piedra preciosa roja. De hecho, hay una variedad de colores que van desde púrpura, rojo, naranja, amarillo, verde, castaño, café y negro al incoloro. El azul, el único color que faltaba en esta familia, se encontró finalmente en un mineral de Bekily (Madagascar) que cambia de color de azul a rosa rojizo. Estas piedras son muy raras. Los granates con cambio de color son, con mucho, los más raros —especialmente la uvarovita, de la que no existe un tamaño utilizable en joyería-. Con luz diurna, su color puede tener tonalidades grises, castaños claros y oscuros o verdes y raras veces azules. Con luz incandescente, el color cambia a rojizo o rosa purpúreo. La composición de estos granates corresponde a la de una mezcla de spessartina y piropo como los granates de Malasia.

El cambio de color de estos nuevos granates es, a menudo, más intenso que en el caso de la alexandrita de alta calidad, en la que, con frecuencia, resulta decepcionante; pero aun así, cuesta miles de dólares por quilate. Se espera que los precios del granate con cambio de color hacia el azul igualen o incluso superen los de alexandrita, ya que el cambio es más intenso y las piedras son más raras. El efecto del cambio de color se puede atribuir a un contenido relativamente elevado de vanadio (aprox. 1%).

Variedades

Debido a su composición química, se diferencian seis variantes comunes de granate. Se trata de:

Nombre del mineral Color Fórmula química

Piropo

de color vino tinto a rojo sangre Mg3Al2[SiO4]3

Almandino

dorado Fe3Al2(SiO4)3

Spessartina entre ámbar y ladrillo Mn3Al2[SiO4] 3

Grosularia

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