petrogenesis de rocas igneas
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• Objetivos:
• Conocer los procesos y las herramientas fundamentales que permiten determinar el origen y la evolución de las rocas ígneas
• Aprender a utilizar las herramientas y los fundamentos de la geoquímica para elaborar interpretaciones geológicas con ellos
Petrogénesis ÍgneaTeresa Orozco y Arturo Gómez-Tuena
Definiciones y Principios
• Petrología• Petrografía• Petrología Ígnea• Magma• Rocas Ígneas• Petrogénesis Ígnea• Geoquímica
¿Por qué utilizar la geoquímica?
• Cuantitativa
• Reproducible
¿Da mayor validez a los argumentos?
Objetividad
Geoquímica (Ciencia): Observaciones+Teorías
Brecha ConglomeradoDiscordancia de Hutton
Problemas abordados a través de la Geoquímica
Cuantificación de la escala de tiempo geológico
Formación de la Tierra – Química meteoritos
Temperatura y profundidad de cámaras magmáticas
Existencia de plumas del manto
Sedimentos se subducen y se reciclan en las rocas de arco
Presión y temperatura de rocas metamórficas
Tasas de levantamiento y erosión de cadenas montañosas
Origen de la atmósfera, corteza, manto y núcleo
Origen de la vida en la tierra y ¿en otros planetas?
Origen de los recursos no renovables (minerales, petróleo)
Geoquímica y Desarrollo TecnológicoTecnología Geoquímica
Simbiosis
• Microsonda y microscopio electrónico
• Difracción de r-X, resonancia magnética y espectrometría raman (orden y enlaces atómicos)
• Fluorescencia de R-X e ICP-MS (Concentración elementos)
• Espectrómetros de masas con colectores múltiples (rel. Iso.)
• Computadoras
Herramientas Geoquímicas(Primera Parte del Curso)
– Termodinámica– Cinética
– Geoquímica de elementos traza– Geoquímica Isotópica
100M
Pa=
1Kb=
~3K
m
90 km
• Composición de la Tierra I: El manto y el núcleo
• Composición de la Tierra II: La corteza
• Petrogénesis y Tectónica de Placas (seminarios)
La Composición de la Tierra(Segunda parte del Curso)
Comenzando desde el principio...
• Elemento:– Sustancia fundamental con la que se constituye la materia
• Átomo:– Partícula más pequeña de la materia que retiene las
propiedades químicas de un elemento
Átomo de Silicio tomado con unmicroscopio de fuerza atómica10-10 m = 0.0000000001 metros
Átomo:
Protones (Z+)
Neutrones (No)
Electrones (e-)
Núcleo
La Tabla Periódica de los Elementos
• Las propiedades químicas de los elementos son una función periódica del número atómico...
D.I. Mendeleyev (1834 – 1907)
Propiedades de los elementos• Número Atómico (Z):
- Es el número de protones presentes en un átomo- Es la propiedad más importante de un átomo pues controla su configuración electrónica (número de electrones) y por lo tanto sus propiedades químicas
Propiedades de los elementos• Masa Atómica:
Núm
ero
Ató
mic
o (Z
)
Isótopos
Isotones Isóbaros
Número de Neutrones (N)
• Es la suma de neutrones y protones en un átomo (Z+N)
• La masa atómica de los elementos es variable y depende del número de neutrones presentes
El Peso Atómico– Peso en Unidades de Masa Atómica (amu)
– 1 amu = 1/12 de la masa del 12C
– Peso atómico del 12C = 12 amu
– Peso atómico Masa atómica
– Peso Atómico depende:
Peso de cada isótopo (amu)
Abundancia (%)
Peso Abundan Peso x Ab35Cl 34.96885 0.7577 26.495837Cl 36.96590 0.2423 8.9568
Peso Atómico del Cl = 35.453 amu
Nota Bene: 1 Gramo = 600,000,000,000,000,000,000,000 amu
Configuración electrónica de los elementos– Número Atómico determina el número de electrones
– Estructura electrónica determinada por 4 números cuánticos:
Principal (n=1,2,3...). Energía y distancia desde el núcleo
Azimutal (l=0,1,2,...n-1). Momento angular y forma del orbital
Magnético (m=-l...+l). Orientación de la órbita
Spin (s=+1/2 o –1/2). Sentido del Giro
– Principio de exclusión de Pauli
Wolfgang Pauli (1900-1958)
Orbital Max No. electrones
l=0 (s) 2
l=1 (p) 6
l=2 (d) 10
l=3 (f) 14
Configuración electrónica de los elementos– Electrones ocupan distintos niveles o capas, correspondientes al
número cuántico n. Cada capa a su vez está formada por diversos orbitales definidos por el número cuántico l.
– Se acostumbra definir el orbital de cada electrón con una letra:
Hidrógeno Carbono
1s1 1s22s22p2
Max. Num. Electrones por capa =2n2
Na, Gpo 1, tiene 11 e-, 1 e- en su capa externa
Al, Gpo 13, tiene 13 e-, 3 e- en su capa externa
Mg, Gpo 2, tiene 12 e-, 2 e- en su capa externa
Si
PS
Cl
Ar, Gpo 18, tiene 18 e-, 8 e- en su capa externa
Grupo 14
Periodo 3
C, tiene 2 capas
Si, tiene 3 capas
Ge, tiene 4 capas
Sn, tiene 5 capas
Pb, tiene 6 capas
Configuración electrónica
La posición de un elemento en la tabla periódica nos permite conocer sus propiedades químicas...
• Periodos:
– Distintos niveles energéticos (capas)
• Grupos:
– Misma configuración en la capa más externa
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Algunas propiedades químicas de los elementos– Potencial de Ionización: Energía que se requiere para quitar un
electrón de la capa más externa. Energía para formar cationes.
– Electronegatividad: Cuantifica la capacidad de un elemento para atraer un electrón y compartirlo con otro elemento.
¡Algunas de las moléculas más comunes están formadas por átomoslocalizados en los extremos de la tabla!
Algunas propiedades químicas de los elementos
– Valencia: El número de electrones que un átomo es capaz de ceder o aceptar.
– Radio Iónico: Se deduce a partir de la distancia del enlace cuando un átomo está unido con otro. Controla:
Las sustituciones en las redes cristalinas
La solubilidad
+R
adio
r(anión)=d-r(catión)
– Grupo 18. No participa en ningún enlace químico.
– Grupo 1. Altamente reactivos pues ceden 1 electrón con facilidad. Son muy solubles y forman soluciones alcalinas.
– Grupo 2. Similar al 1 pero con moderación.
– Grupo 17. Altamente reactivos y solubles. Son electronegativos pues ganan fácilmente un electrón.
– Grupos 13-16 Son relativamente menos reactivos y forman enlaces covalentes
– Grupos 3-12. Son muy variables. En general no son solubles ni muy reactivos.
– Las tierras raras. Tienen 2 electrones libres en su orbital 6s y por lo tanto se comportan de forma similar. Su radio iónico decrece sistemáticamente.
En Resumen
Enlaces QuímicosEnlace Iónico Enlace Covalente
Enlace MetálicoEnlace de Hidrógeno
H2O
Los Materiales TerrestresElemento Tierra Manto+Corteza
O 29.7% 44%
Fe 31.9% 6.3%
Mg 15.4% 23%
Si 14.2% 21%
Ni 1.8% Trazas
Ca 1.7% 2.5%
Al 1.6% 2.4%
Total 96.3 99.2
– La mayor parte del Fe y Ni están en el núcleo
– La tierra rocosa (manto+corteza) está formada de silicatos
O-2
O-2
O-2 Si+4
O-2
Filosilicatos. Comparten tres oxígenos y forman hojas. Micas, arcillas. Biotita= K(Mg,Fe)3AlSi3O10(OH)2
Tipos de Silicatos
Nesosilicatos. Tetraedros Independientes.Unidos por cationes (Fe, Mg, Zr). Olivino= (Mg, Fe)2SiO4
Inosilicatos. Tetraedros en cadena. Comparten un oxígeno.Piroxenos. Opx= (Mg, Fe) SiO3 y Cpx= Ca(Mg, Fe) Si2O6
Inosilicatos dobles. Tetraedros en cadena doble unidos por las esquinas.Anfíboles. Hornblenda= Ca2Na(Mg,Fe)4Al3Si8O22(OH)2
Tectosilicatos. Comparten los 4oxígenos y forman estructuras. Cuarzo, feldespato. Ab=NaAlSi3O8
Sorosilicatos. Comparten 1 oxígeno. Epidota.
Ciclosilicatos. Anillos. Turmalina.
Otros