Análisis Químico De Un Mineral 581ra

Análisis químico de un mineral Los análisis químicos de minerales y rocas se obtienen por medio de una variedad de técnicas analíticas. Con anterioridad a 1947 los análisis cuantitativos de minerales se obtenían principalmente con técnicas analíticas “húmedas” en las cuales el mineral se disuelve con algún medio apropiado. La determinación de los elementos en disolución se realiza usualmente mediante algunas técnicas como: Colorimetría: que implica reacciones en disolución con formación en color y la comparación subsiguiente de intensidades de haces de luz visible, transmitidos a través de la solución, que se analiza con una serie de soluciones estándares con una gradación establecida de color. Análisis volumétrico (o dosificado): que implica la determinación del volumen de una solución de concentración conocida, necesaria para que ésta reaccione cuantitativamente con una solución de una cantidad de sustancia medida por peso o por volumen, en donde el peso del elemento a determinar se calcula a partir del volumen del reactivo usado. Análisis gravimétrico: basado en la precipitación de elementos en solución mediante la formación de compuestos insolubles, que posteriormente se secan o incineran y se pesan. A partir de 1960 la mayoría de los análisis se han realizado mediante técnicas instrumentales tales como espectroscopía de absorción atómica, fluorescencia de rayos x, análisis microelectrónicos y espectroscopia de emisión óptica. Cada una de estas técnicas tiene sus propios requisitos de preparación de muestras e intervalos de errores bien establecidos. Los resultados de cualquier procedimiento de análisis se representan generalmente en una tabla de porcentajes en peso de los elementos o componentes óxidos del mineral analizado. Una diferencia entre ambas técnicas radica en que las técnicas analíticas “húmedas” permiten la determinación cuantitativa de diversos estados de oxidación de cationes (tales como Fe+ frente Fe3+), así como la determinación en H2O de los minerales hidratados; mientras que los métodos instrumentales no proporcionan mayormente esta información respecto al estado de oxidación de los elementos o respecto a la presencia de H2O. Los minerales sometidos al análisis químico cualitativo o cuantitativo, deben consistir en una especie mineral (la única a analizar) y estar exentos de desgaste por la acción atmosférica o por otros productos de alteración o inclusión. Además, es importante distinguir entre un análisis químico cualitativo y otro cuantitativo. Mediante el análisis cualitativo se detectan o identifican todos los constituyentes de un compuesto, mientras que el análisis cuantitativo, implica la determinación de los porcentajes en peso, o composición en partes por millón (ppm), de los elementos de un compuesto. La mayoría de las veces resulta muy útil realizar un análisis cualitativo preliminar, con el fin de decidir los métodos a seguir en un análisis cuantitativo, aunque es común realizar una combinación de ambos.

Análisis químico húmedo Una vez pulverizada la muestra a analizar por un método húmedo, se escoge el mejor procedimiento para su descomposición. Se utilizan ciertos ácidos o una combinación de ellos, como el clorhídrico (HCl), sulfúrico (H2SO4) o fluorhídrico (HF). Es necesario fundir la muestra para hacerla soluble. A esta disolución de la muestra se debe el nombre de análisis “húmedo”. Una vez que la muestra está en disolución, las siguientes etapas incluyen los procedimientos adecuados: colorimétrico, volumétrico o gravimétrico, para determinar los elementos deseados. La selección de la técnica apropiada viene dictada por la concentración de los elementos en la muestra y la facilidad con que un elemento puede separarse de otros que interfieran en su análisis. Los intervalos de concentración de los elementos están relacionados con las técnicas de la manera siguiente. Método Gravimétrico Volumétrico Colorimétrico

Concentración del elemento en la muestra Bajo % hasta 100% Bajo % hasta 100% Partes por millón hasta bajo %

Espectroscopia de Absorción Atómica Es una técnica introducida por Alan Walsh en 1955. Los químicos analistas de aquella época apreciaron rápidamente la velocidad, exactitud y la ventaja que suponía este método al ser innecesaria la separación de la mayor parte de los componentes químicos. Esta técnica analítica se considera como otro procedimiento “húmedo” ya que la muestra original debe estar completamente disuelta en una solución antes de analizarse. La absorción atómica es una técnica capaz de detectar y determinar cuantitativamente la mayoría de los elementos del Sistema Periódico. El método consiste en la medición de las especies atómicas por su absorción a una longitud de onda particular. La fuente de energía de esta técnica es una fuente luminosa (una lámpara de cátodo hueco), con un espectro electromagnético que abarca desde la radiación visible hasta la ultravioleta.

Esquema de los componentes principales de un espectrómetro de absorción. (Tomado de Cornelis, Klein. Manual de Mineralogía. Cuarta edición. 2001. Pag.147)

La nube representa idealmente los átomos libres de cualquier fuerza de enlace molecular. Cuando la energía luminosa es equivalente a la necesaria para que el átomo pase de sus niveles energéticos más bajos a los más altos, es absorbida y causa la excitación del átomo. El haz luminoso atraviesa la nube muestra y su absorción es detectada por un espectrómetro. Para determinar las concentraciones de los elementos mediante esta técnica analítica, los átomos deben estar completamente libres de todo enlace que exista en el estado sólido o líquido, pues los electrones no absorberán del haz las longitudes de onda específicas si se encuentran de algún modo ligados con los átomos que les rodean. La solución de ensayo es aspirada como una fina niebla dentro de una llama, donde se convierte en vapor químico.

Espectrómetro de Absorción Atómica Tomado de: http://www.upc.edu/pct/es/equip/566/espectrometroemision-absorcion-atomica.html La intensidad luminosa incidente procede de una lámpara de cátodo hueco, la cual tiene corrientes elevadas, y produce la emisión de un espectro de rayas que es característico del elemento excitado en el tubo catódico. De este espectro se selecciona como fuente luminosa una sola raya de alta intensidad y de una longitud de onda específica. Posteriormente, se selecciona de modo que la línea espectral emitida por la lámpara catódica sea la misma que la del elemento analizador en el vapor atómico. La muestra vaporizada absorbe energía en el valor del tubo catódico, y el tubo fotomultiplicador mide la reducción final de intensidad debida a la absorción. Fluorescencia de rayos X Técnica analítica llamada también espectrografía de emisión de rayos X, se utiliza en la mayoría de los laboratorios de investigación que estudia la química de las substancias inorgánicas, pero también se utiliza en aplicaciones industriales como: - La minería, en el control de calidad. - En la industria del vidrio y la cerámica.

- En la manufactura de metales y aleaciones. - En el control de polución y protección medioambiental. En esta técnica la muestra de análisis es triturada en polvo fino y se comprime en forma de píldora esférica o en un disco con la ayuda de un aglutinante. Esta preparación de la muestra es muy distinta de los métodos utilizados en las técnicas húmedas, ya que la esferita o disco de muestra se irradia (durante un corto período de tiempo) con los rayos X generados en un tubo de rayos X de alta intensidad.

La energía de rayos X que se absorbe en la muestra da lugar a la generación de un espectro de emisión de los mismos característico de cada elemento de la muestra. Estos rayos X característicos se denominan rayos X secundarios, y el fenómeno de emisión se conoce como fluorescencia de rayos X, en el que cada elemento posee líneas espectrales características. El espectro de dichos rayos generado puede estar formado por un gran número de líneas espectrales en una muestra de más de uno o dos elementos. Mejor técnica para usar basado en el conocimiento que ya tenemos sería: Análisis gravimétrico Las reacciones de precipitación se aplican al análisis químico desde distintos puntos de vista: para llevar a cabo separaciones, importantes en análisis cuali y cuantitativo, en las volumetrías de precipitación, que se estudiarán más adelante, y en análisis gravimétrico, objeto de estudio de este tema. Puede decirse que actualmente los métodos gravimétricos no ocupan un lugar predominante en Química Analítica, debido a ciertas dificultades de utilización, como ser procesos largos y tediosos, requerir un control riguroso de distintos factores, exigencia de personal experimentado, etc. Sin embargo, ofrecen importantes ventajas, tales como su carácter absoluto y su exactitud, por lo cual no es previsible que puedan desaparecer completamente del panorama analítico general. Los métodos gravimétricos se caracterizan porque lo que se mide en ellos es la masa. Como esta magnitud carece de toda selectividad, se hace necesario el aislamiento de la sustancia que se va pesar de cualquier otra especie, incluido el disolvente. Así pues, todo método gravimétrico precisa una preparación concreta de la muestra, con objeto de obtener una sustancia rigurosamente pura con una composición estequiometria perfectamente conocida. Las condiciones anteriores se consiguen fundamentalmente en las siguientes etapas: a) Separación, cuya finalidad es aislar el componente de interés de la mayor parte de las especies que lo acompañan. b) Desecación o calcinación, etapa destinada a eliminar el agua y los componentes volátiles, y transformar, en algunos casos, el componente aislado en uno de fórmula conocida. Teniendo en cuenta que la fase más importante y problemática es la separación, los métodos gravimétricos se suelen clasificar según el procedimiento empleado para llevar a cabo esa etapa. Los métodos gravimétricos de precipitación química son los más empleados, y por ello son los que se tratarán en este tema con cierta extensión. Antes de ello, se indica casi

de forma telegráfica el fundamento de los otros métodos gravimétricos incluidos en la clasificación anterior. Los métodos de precipitación electroquímica, también llamados electrogravimétricos, se basan en las leyes de la electrolisis, y consisten en precipitar el elemento a determinar (generalmente en forma elemental obtenida por un proceso redox electroquímico) y pesar la especie depositada sobre el electrodo. Estos métodos presentan la ventaja de que generalmente el constituyente a determinar se deposita sobre el electrodo en forma pesable, por lo que por simple diferencia de peso en el electrodo antes y después de la deposición se obtiene la cantidad buscada. El fundamento de los métodos gravimétricos de extracción lo constituye la ley del reparto de un soluto entre dos disolventes inmiscibles. En estos métodos, el componente a determinar se transforma por reacción con un reactivo adecuado y se extrae con un disolvente apropiado. Una vez conseguida la separación cuantitativa se elimina el disolvente y se pesa el producto buscado. La principal ventaja de estos métodos frente a los de precipitación es que generalmente son más rápidos y "limpios", pues no existe la posibilidad de producirse fenómenos de contaminación por coprecipitación, oclusión, etc, que ocurren con cierta frecuencia en aquellos. En los métodos de volatilización, el componente a determinar o sus acompañantes se transforman en un compuesto volátil que se elimina, pudiéndose recoger sobre un absorbente adecuado que se pesa (métodos directos) o se pesa el residuo obtenido, determinando por diferencia el peso del componente de interés (métodos indirectos). Su principal dificultad reside en la falta de selectividad, pues, frecuentemente, junto con el constituyente de interés se pueden volatilizar total o parcialmente otros componentes de la muestra. Pueden utilizarse otros métodos gravimétricos, como los de sedimentación, flotación o los que utilizan propiedades magnéticas. METODOS GRAVIMETRICOS DE PRECIPITACION QUIMICA Un método de análisis gravimétrico de precipitación por lo general se basa en una reacción como ésta: a A + r R —> AaRr donde A representa el componente a determinar y R el reactivo (que puede ser la corriente eléctrica en los métodos electrogravimétricos). El producto AaRr es una sustancia poco soluble que se puede pesar como tal después de secarla, o que se puede calcinar para formar otro compuesto de composición conocida y después pesarlo.

Métodos del reconocimiento de minerales y rocas Objetivos 

Esta practica tiene como objetivo el reconocimiento de algunas rocas y minerales. Para ello se les da una síntesis de los conceptos más importantes para describir una roca.

Introducción

Generalmente existen tres formas de analizar un mineral o una roca: 1) Métodos macroscópicos 2) Métodos microscópicos 3) Métodos geoquímicos

El reconocimiento macroscópico es el método más simple y más económico. En un reconocimiento microscópico se utiliza un microscopio especial y una muestra preparada (lámina delgada). Los análisis químicos se realizan en laboratorios especiales.

1. Métodos macroscópicos

Solo con los ojos y algunas herramientas se describe una roca. Las herramientas son: lupa, martillo, ácido clorhídrico, un trozo de vidrio. Se describe: textura, fabrica, color, densidad, dureza, brillo, morfología, exfoliación (fracturamiento), tipos de minerales, etc.

Descripción de rocas: 1. Generalidades: 1a) Color

Color general

café, amarillo, bicolor blanco-negro...

1b) Peso

El peso específico general

liviano, normal, pesado

1c) fracturamiento

Manera como se rompe la roca

irregular, regular, laminar, cúbico, superficie lisa, áspera

1d) dureza

dureza general

blando, normal, duro

2. Textura / estructura macrocristalino / fanerítico 2a) cristalinidad:

tamaño, visibilidad de los cristales (componentes)

microcristalino / afaneritico criptocristalino, amorfo hialino grano muy grande grano grande

2 a1) Tamaño absoluto de tamaño en mm los granos

grano mediano grano fino compacto equigranular

2b) distribución del los tamaños

todos iguales o existen diferentes diámetros

heterogranular (textura porfídica) irregular idiomorfo

2c) forma de los cristales / magnitud de la forma "original" de los granos cristalina de los componentes

hipidiomorfo xenomorfo holocristalino

2d) Magnitud de la cristalización

cristal o vidrio ?

hemicristalino amorfo - hialino isotropo (sin orientación)

3a) orientación de los componentes

con / sin orientación preferida

anisotropo: estratiforme, fluidal, esquistosa, plegada

compacto 3b) ocupación del espacio

porosidad poroso: pumítica, espumosa, esferulítica normal, regular

3c) Límites de los componentes

Análisis del conjunto

alterado soldados cristales

3d) Tipos de granos

cristales o fragmentos fragmentos: minerales, rocas: textura clastica componente principal

4) Minerales

componentes: contenido modal

componente secundaria Minerales especiales

2.

Métodos microscópicos

3. Análisis químicos

Existen varios tipos de análisis geoquímicos. Los más importantes son la fluorescencia de rayos X y la difractometría. En ambos casos se usan equipos especiales y una preparación de la muestra es necesario. La fluorescencia de rayos X: Permite una análisis por elementos químicos. Como resultado sale un listado de los elementos químicos principales (SiO2, Al2O3, FeO, MgO, ...), los elementos de traza (Ba, Sr, U, Cu, ...) y las tierras raras (Y, Nb..). Los elementos químicos principales salen en % , los otros en ppm (partes por millones). La difractometría: Como resultado salen listados de los contenidos en minerales de la muestra. Algunas veces se puede hacer una análisis semi-quantitiva. Se puede detectar con este método todos los minerales con estructura cristalina especialmente se aplican la difractometría para los minerales arcillosos. Textura de las rocas

Definiciones:

Textura Modo de construcción de la roca, describe las relaciones entre los componentes, que construyen la roca. Fabrica Disposición espacial de los componentes de una roca. Componentes se llama a grupos de minerales idénticos o elementos estructurales idénticos.

Estructura Denomina fenómenos como pliegues, vetas, diaclasas, fenómenos de segregación etc. En los libros de la 'Geología Física` de STRAHLER (1992) y LEET & JUDSON (1968) textura se refiere a los términos ingleses 'Texture' y 'fabric'. Textura se deriva del latin textus: tejido. Entre la textura de una roca visible macroscópicamente, su posición geológica y el lugar de su formación existen a menudo relaciones muy estrechas. Textura Significa el modo de construcción de la roca y describe las relaciones entre las componentes constituyendo la roca. 'Textura' es determinada por la forma de los componentes minerales y por las relaciones geométricas de ellos. Los parámetros principales de 'textura' son 1. la forma del grano 2. la granulidad 3. la cristalinidad. 1.La forma del grano puede ser

- idiomorfa: forma propia, la idiomorfía se muestra a través de las formas rectas de los bordes de los granos, p.ej. granates idiomorfos en una micacita con granate.

- hipidiomorfa: forma entre forma propia y forma ajena p.ej. las hipidiomorfas plagioclasas en los granitos.

- xenomorfa: forma ajena por ejemplo los xenomorfos cuarzos en los granitos.

Otros términos para describir la forma de un mineral son: -

-

isométrica: en todas las direcciones del espacio +/- regularmente extendido. euhedral (los minerales presentan algunas señales de cristales), cúbico, prismático, columnar, entallecido (stengelig), acicular (nadelig), fibroso, tabular, hojoso, escamoso (schuppig). angular, redondeado en varios grados, elipsoidal, globular se emplea para los granos detríticos de sedimentitas clásticas.

Para describir la forma de los bordes de los granos se emplea términos como: rectilineo, curvado, arqueado, interrumpido, de forma amíbica, dentado, serrado, deshilachado, dendrítico, esquelético. 2. La granulidad

A base del tamaño de los cristales se subdividen las rocas y se distinguen:

2.1 La dimensión absoluta

Para las rocas cristalinas se emplea la clasificación siguiente según MATTHES (1987): Subdivisión

Diámetro (mm) Cantidad de granos por cm²

.

> 33

<1

de grano grande

33-10

<1

de grano grueso

10-3,3

1-10

de grano medio

3,3-1,0

10-10²

de grano pequeño 1,0-0,3

10²-10³

de grano fino

0,33-0,1

10³-104

denso, afanítico

0,1-0,033

104-106

Microcristalino

0,033 - 0,001

> 106

Una clasificación común de los sedimentos clásticos para las dimensiones de los granos es la siguiente según Wenthworth (izq.) y DIN respectivamente(DIN: Deutsche Industrie Norm - Norma alemana industrial):

2.2 La distribución del tamaño relativo de los granos o las proporciones de los granos

Se distingue una distribución de granos del mismo tamaño, p.ej. en los granitos. una distribución de granos de todos los tamaños, p.ej. en una grauvaca. una distribución irregular de tamaños de granos. Variación serial se llama a una variación linear de los granos de un valor máximo a un valor mínimo. Variación irregular y hiatal se llama a una variación no linear de los granos. Textura porfídica Muchas vulcanitas están caracterizados por una textura porfídica y presentan la variación hiatal y irregular de tamaños de granos: Cristales grandes (idiomórficos) flotan en una masa microcristalino / criptocristalino. ¿Cómo se produce esta textura? Los primeros cristales crecidos son idiomorfos, de mayor tamaño, son las llamativas inclusiones que crecen sin impedimentos y poco a poco y están envueltos por una masa de grano fino de los cristales que se han formado por un cambio rápido posterior de temperatura.

La textura porfidoblástica es típica para muchas metamorfitas. En el caso de las metamorfitas se ha favorecido el crecimiento de uno o de otro tipo de mineral respecto a los restantes bajo condiciones físicas o químicas del metamorfismo.

En la medición de los tamaños de granos de secciones transparentes y pulidos los cortes de los granos generalmente no corresponden al diámetro máximo de los granos. En el caso de relaciones geométricas simples (formas simples de granos) el tamaño verdadero puede calcularse, en el caso de las formas complejas de la mayoría de las magmatitas y metamorfitas solamente mediciones numerosas garantizarían un calculo exacto del tamaño verdadero de los granos. En la sección transparente puede determinarse los valores máximos y mínimos de cada tipo de mineral y estimar un promedio de los cortes de granos como tamaño aparente de grano supuesto que las formas de granos sean simples. Un tamaño medio puede deducirse p.ej. de la cantidad de todos los granos que ocupan un área distinta, por ejemplo un área de 1cm².

3. La cristalinidad

Se describe por el grado en lo cual la propiedad cristalina está desarrollado (3.1) y por el grado en lo cual la roca es cristalina (3.2). 3.1 Para el grado

En lo cual la propiedad cristalina está desarrollado se describe por los tamaños de los cristales y se emplea los términos siguientes: -

macrocristalino, fanerocristalino, faneritíco: los cristales/granos son macroscópicamente visibles. microcristalino: los cristales/granos son visibles por medio de un microscopio. criptocristalino: hay que llevar a cabo un análisis estructural por rayos X para verificar la cristalinidad de los componentes minerales. afanítico: microcristalino y criptocristalino (tamaño de granos <0.001mm=1µm) amorfo: sin estructura cristalina.

3.2 El grado de cristalinidad

Se describe por los términos siguientes: -

holocristalino: Todos los componentes que construyen la roca son cristales, por ejemplo granito, diorita y otras rocas plutónicas. hemi-, hipocristalino: La roca se constituye de componentes cristalinos y amorfos como riolita o dacita y otras rocas volcánicas. hialino: Todos las componentes constituyendo la roca son amorfos, p.ej. los vidrios volcánicos como la obsidiana.

La obsidiana fresca es una roca negra translucida en las aristas más delgadas y con fractura concoidea. La obsidiana fresca contiene menor de 3 - 4% de peso en agua. La obsidiana con mayor de 3 - 4% de peso en agua se denomina 'Pechstein'. La obsidiana tiende cristalizarse o desvitrificarse y recibir agua durante los periodos geológicos. En general los vidrios rocosos son prácticamente desconocidos en edades anteriores a 225 Ma (anteriores al paleozoico y al precámbrico). Típica para la obsidiana envejecida es la estructura perlítica, que ocasiona la descomposición de la roca en bolitas y fragmentos de mm o cm de tamaño a causa de las grietas de contracción irregular. A partir de las grietas y de las burbujas diminutas (las bolitas) se inicia la desvitrificación. Primero se forman cristales microscopios de cuarzo, cristobalitas y feldespato y se puede observar un crecimiento ordenado de cristales en forma de fibras radiales (= esferulitas). La obsidiana desvitrificada se llama 'Pechstein', la obsidiana caracterizada por las esferulitas se llama perlita.

Fábrica se llama a la disposición espacial de los componentes construyendo la roca. Para describir la 'fábrica' se considera: 1. La orientación de los componentes. 2. La distribución de los componentes. 3. El grado de ocupación en el espacio. 1. La orientación de los componentes

Se distingue orientación irregular, roca isotrópica, p.ej. granito, diorita. Orientación de los componentes, roca anisotrópica, por ejemplo micacita, filita. La textura fluidal en muchas vulcanitas se expresa por cristales orientados según el flujo de magma o por estratos de distintas texturas o composiciones mineralógicas. Se distinguen los estratos laminares y plegados. Los estratos planares originan de una corriente laminar en el magma moviéndose. Los estratos plegados manifiestan una transición entre un flujo puramente laminar y un flujo turbulento por ejemplo debido a un obstáculo como un bloque rocoso incorporado en el magma o un impedimento - por ejemplo tipo resalto - en el camino, que sigue el magma en la superficie. La textura fluida origina del enfriamiento, mientras que las corrientes de lava fluyen sobre la superficie terrestre o sobre el fondo de mar e indica la estructura interna del flujo del magma viscoso durante su emplazamiento o su movimiento sobre la superficie terrestre. Para delinear una orientación particularmente los componentes son apropiados cuya formación sea especialmente laminar, tabular, acicular, fibrosa, por ejemplo la mica que principalmente produce la estructura hojosa de la micacita. 2. La distribución de los componentes Se describe por los términos siguientes: homogénea, por ejemplo una caliza pura y densa o una diorita equigranular de grano medio. No homogénea: La distribución de los componentes está influida por la variación en el tamaño de los componentes (variación pequeña = roca homogénea, variación grande = roca no homogénea) y por la posición de los componentes. Las inhomogenidades de situación surgen especialmente por los cambios de material y del tamaño de los granos en las sedimentitas p.ej., a estos cambios se llama estratificación. Otros ejemplos para rocas no homogéneas son las rocas metamórficas con bandeamiento como los gneises. 3. La ocupación del espacio se describe por los términos Las estructuras porosas muy estrechamente están extendidas entre las vulcanitas y las piroclásticas (los materiales volcánicos expedidos en erupciones). El gas disuelto en la lava liquida se dilata a causa de la liberación espontánea de presión durante la erupción y convierte a la lava prácticamente en espuma. Durante la solidificación se forma una roca repleta de huecos similares a burbujas. La porosidad se observa también en las sedimentitas. Rocas porosas son muchas vulcanitas y piroclásticas. Rocas compactas son especialmente las plutonitas y las metamorfitas.