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Clasificación estructural de los silicatos

Enviado por Mariam Sotelo



Clasificación estructural de los silicatos.

  • Clasificación estructural geométrica definida.
  • Tetraedros independientes, individuales, aislados (ortosilicatos, neosilicatos) tetraedro doble, pares de tetraedros (piosilicatos orosilicatos).
  • Anillos de tetraedro (estructura en anillo, tetraedro en anillo)
  • Estructura de cadenas.
    • Cadenas simples, sencillas, independientes (inosilicatos), tetraedro en cadena, cadena doble, tetraedro en cadena o dobles.
  • Tetraedro en hojas, estructuras en capas, láminas de tetraedros disilicatos e ilosilicatos.
  • Asociación de motivos
    • redes tridimensionales tipo sílice SiO2
    • Tectosilicatos.

Introducción

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. Además con la ayuda de los silicatos obtenemos alimento por medio de las plantas, es una parte muy importante de donde obtenemos los materiales para la construcción de casas y edificios, para la fabricación de utensilios como tazas, vasos, etc.

Como mencionamos anteriormente la unidad fundamental de los silicatos es (SiO4)4+ ordenado en forma de tetraedro regular. El tetraedro mencionado está unido por 50% iónico y 50% covalente. La unión de sus iones está íntimamente ligado por las electronegatividades y la otra es por completar su octeto de ahí la distribución molecular en forma de tetraedro. Si el Si4+ y el O2- entonces la unión será como hemos mencionado antes, quedando 4 cargas negativas listas para 8enredars en otros cationes, ya que si completa su octeto las 4 cargas positivas de Si4+ quedan anuladas por cuatro O4- pero a su ves estos O2- dejan una carga que al ser sumadas nos da un total de 4 negativas, las ‘sobrantes’ de la molécula.

Estas carga negativas pueden servir, de hecho es así intermolecularmente, se unen a otros cationes para neutralizar sus cargas. Entonces esta unión se puede presentar entre moléculas SiO4. Cuando esto sucede a esas uniones le llama puentes de oxígeno, cuando el número de puentes de oxígeno se incrementa en tal forma que se dice que las moléculas se están polimerizando.

Con esta polimerización se pueden formar estructuras llamadas nesosilicatos, ortosilicatos, senosilicatos, disilicatos, cadenas de silicatos, anillos, ciclosilicatos, filosilicatos y tectosilicatos. Hablaremos de cada uno de ellos por separado.

Podemos hablar entonces también de sustitución de Si4+ por Al3+, no todas las estructuras de silicatos lo manejan, y no es poco común, en realidad en la mayoría de sus minerales silicatos están entrelazados tetraedros de SiO4 y AlO3 formando diversas estructuras.

Nesosilicatos.

Los tetraedros SiO4 están unios por O2- en enlaces iónicos. El empaquetamiento atómico de las estructuras de los nesosilicatos es generalmente denso, lo que hace que los minerales de este grupo tengan valores relativamente altos de peso específico y dureza. Como los tetraedros de SiO4 son independientes y no están ligados a cadenas o láminas, por ejemplo, el hábito cristalino de los nesosilicatos es generalmente equidimensional y no existen direcciones pronuncias de exfoliación. Aunque el Al3+ sustituye común y fácilmente la posición de Si de los silicatos, la proporción de esta sustitución en los tetraedros de SiO4 en los nesosilicatos es generalmente débil. (1). Los miembros más comunes de los nesosilicatos son el olivino y el granate, para si estudio los hemos dividido en grupos donde detallamos sus características principales.

- Grupo del olivino.

Su representación en CaO- MgO-FeO- SiO2 su serie comienza de la forsterita (Mg2 SiO4) a la fayerita (Fe2 SiO4) durante esta serie puede presentarse sustituciones del tipo Mn2+ por Fe2+ dando olivinos muy raros con el tefroita (Mn2SiO4). Esta serie tiene su origen cuando un magma rico en Fe y Mg comienza a cristalizar, formándose forsterita en un grado de fusión de 1840° C en su extremo esta la fallerita con 1205° C, aunque sea una temperatura inferior no deja de ser muy elevada para nosotros. De acuerdo con la serie, dependiendo del contenido del magma existirán variaciones en el resultado de cristalización por ejemplo: si tiene mayor contenido de Fe el olivino agotará más rápido al Mn y sus cristales tendrán mayor contenido de Fe, por lo tanto hay ligeras diferencias si el magma es rico en Fe o Mn.

A esta temperatura y presión se obtiene una cristalización homogénea y bien definida, el color y di densidad dependen de los factores antes mencionados, éstos aún habiendo diferencias debe ser de color oscuro ambos y su peso específico alto.

  • Grupo del granate.

Se encuentran especialmente en las rocas metamórficas, su fórmula estructural es A3B2(SiO4 )3 en donde A son cationes divalentes de gran tamaño y B cationes trivalentes pequeños, entonces si A está ocupada por Ca y B puede ser Mg2+, Fe2+, Mn2+ tenemos un pequeño grupo llamado ugrandita; ahora si B contiene Al3+, Fe3+ y Cr3+ tenemos otra nueva división, 2 series: la piralespita ( Ca en a no existe y B es Al) y ugrandita (antes mencionado).

Además de estos grupos también se puede sustituir al SiO4 por grupos de (OH)4 teniendo hidro-granates.

Del grupo ugrandita el más común llamado simplemente ‘granate’ es la andradita (Ca3Fe3+2). Tienen un peso específico alto pero no mayor al del olivino, sus colores varían en el verde oscuro pasando por cafés.

 

Existen otros grupos además de éstos, el circón, el grupo de la humita, obviamente con estructura de nesosilicatos pero no resaltan la ‘sencillez’ de los dos grupos primeramente descritos, a diferencia de ellos presentan complejidades en su forma estructural, con excepción del circón. Hablemos brevemente de ellos.

  • Circón.

Formula (SiO4)Zr generalmente se utiliza como gema por su gran semejanza con el diamante en cuanto a color y brillo.

  • grupo Al3 SiO5

Son 3 polimorfos localizados en rocas metamórficas:

-andalucita- tiene gran dureza, presenta cristales ortorrómbicos en forma de prismas, es utilizada en la industria.

-silimanita. Cristales largos delgados ortorrómbicos.

-cianita.- triclínico con cristales tabulares. Utilizado también en la industria.

-topacio (Al2SiO4(F.OH)2) es ortorrómbico, en cristales prismáticos terminados en bipirámide, generalmente se usa como gema por sus diversos colores y dureza.

- Grupo de la humanita.

Formado por 4 miembros:

noribergita Mg3(SiO4)(F,OH)2

condrodita Mg5(SiO4)2(F, OH)2

humita Mg7(SiO4)3(F, OH)2

clinohumanita Mg9(SiO4)4(F, OH)2

Su estructura es muy parecida a la del olivino, se localizan en calizas y dolomitas metamórficas.

Sorosilicatos.

Los sorosilicatos están formados por grupos tetraédricos dobles, es decir, por dos tetraedros SiO4 compartiendo un oxigeno, la proporción Si-O es 7:2. de este grupo solo se conocen 6 especies, pero las más importantes son el grupo de la epidota y el grupo dela idocrasa.

- Grupo de la epidota.

En su estructura contiene además de tetraedros dobles tetraedros independientes. Contienen ortosilicatos AlO6 y AlO4(OH)2 compartiéndose en dirección de un eje. Las cadenas están enlazadas por grupos independientes SiO4 y Si2O7. El Ca está en coordinación irregular 8 con el oxígeno. La porción que albergue el Ca2+ puede estar cubierta en parte por Na+. La posición octaédrica exterior a las cadenas puede albergar Mn3+ y más raramente Mn2+, además del Al y Fe3+. (1).

Todos sus miembros son sorosilicatos formando cristales monoclínicos, alargados en un eje (generalmente B). El mineral más representativo es la epidota, su cristalografía es ortorrómbica, presenta cristales alargados con un aspecto prismático, en algunas ocasiones es utilizada como gema.

- Grupo de la idocrasa (Ca10(Mg,Fe)2Al4(SiO4)5(Si2O7)2(OH)4.

Hay alguna sustitución de Na por C; Mn2+ y Ti por Al; F por OH. En algunas variedades se he registrado B y Be. La estructura de la idocrasa aparece íntimamente relacionada con la del granate grosularita. Algunas partes de la estructura son comunes a ambos minerales. Los tetraedros SiO4, así como los grupos Si2O7, se presentas aislados. Tres cuartas partes del Ca están en coordinación 8 y un cuarto en coordinación 6 con el oxígeno. El Al y Fe y Mg están en coordinación octaédrica con el oxígeno. (1).

Tienen cristalografía tetragonal, los cristales tienen hábito prismático. Su empleo es reducido, a veces la utilizan como jade, o piedra preciosa.

Ciclosilicatos.

Los ciclosilicatos están formados por anillos de tetraedros SiO4 enlazados, con una relación Si:O =1:3, exhibiendo tres posibles configuraciones clínicas cerradas (1), la estructura sencilla en el anillo Si3O9 representada por el titanio-silicato. El anillo Si4O12 está representado por la pagodita (Ca2Cu2Al2Si4O12(OH)6), la axinita entre esta en este grupo inicialmente, con muchos avances se ha visto que tiene muchos componentes más.

El anillo Si6O18 es la base para las estructuras del berilo (Be3Al2Si6O18) y la turmalina. Estas hojas de iones Be y Al se encuentran entre las capas de anillos. El Be con coordinación 4 y el Al con coordinación 6 conectan las capas conjuntamente vertical y horizontalmente. Los anillos silicio-oxígeno están dispuestos de manera que no sean polares, es decir, pueden ser imaginado un plano de simetría que atraviesa los tetraedros en el plano del anillo. Los anillos están superpuestos en las hojas basales de modo que se corresponda los orificios centrales, formando canales bien definidos paralelos al eje c, en los que puede quedar retenida una amplia variedad de iones, átomos neutros y moléculas. De esta manera, el berilo alberga (OH)-, H2O, F, He y iones de Rb, Cs, Na y K. (1).

El berilo aunque está incluido en lo ciclosilicatos, los tetraedros BeO4 tienen una red global tridimensional, por lo que también pueden ser incluidos en los tectoslicatos.

La turmalina.

Está constituida de anillos Si6O18 alrededor de cuyo centro alternan Na+ y OH-. Sin embargo, en la turmalina estos asnillos son polares, es decir, la fuerza neta de los enlaces dirigidos a una cara del anillo no es la misma que la fuerza de los enlaces dirigidos a la otra, mirando primero en una dirección y después en la otra a lo largo del eje c. intercalados con los anillos están las láminas del grupo BeO3 triangulares. Los grupos octaédricos (Li,Mg,Al)O4(OH)2 enlazan conjuntamente los anillos Si6O18 y los grupos BO3. las columnas de anillos Si6O18 están conectadas entre sí por grupos (Al,Fe,Mn)O5(OH). (1).

- Axinita ((Ca,Fe2+,Mn)3Al2BSi4O16H)

Cristaliza en sistema triclínico con cristales delgados con aristas agudas, su composición tiene cantidades bailables de Ca, Mn y Fe entrelazados en los anillos, utilizada como gema secundaria.

cristales de axinita

  • berilo. (Be3Al2(Si6O18))

Cristalografía hexagonal, sus cristales de gran tamaño. Tiene gran diversidad de colores, azul aguamarina,’morganita’ berilo rosa, pasando por toda la gama desde el rosa claro hasta el oscuro, y el berilo dorado. Presenta algunos elementos alcalinos, su empleo es piedra preciosa la esmeralda. También es usado para sacar berilio, metal ligero parecido al aluminio.

- Corderita ((Mofé)2Al4Si6O18*nH2O)

cristaliza en forma ortorrómbico, son ricas en Mg, algunas veces reemplazando por Mn, contiene gran cantidad de agua y pequeñas cantidades de Ca y K. Existen 2 tipos de cordierita, la formada a baja temperatura conocida como cordierita baja y la otra formada a alta temperatura indialita con distribución aleatoria de Al en el anillo (Al,Si)6O18. cuando es trasparente es conocida como zafiro de agua, empleada como gema.

- Turmalina (Na,Ca)(Li,Mg,Al)((Al,Fe,Mn)6(BeO3)(Si6O18)(OH)4

Cristaliza en forma hexagonal variándose la forma de sus cristales, dependiendo del espacio en que se encuentran. Es un silicato complejo de boro y aluminio pudiendo haber sustituciones Ca por Na, en los centros de los canales anulares, Mg y AL por Li entre los grupos BO3 y los anillos Si6O18; el color de este mineral varia enormemente, de acuerdo con la composición, si tiene mucho Fe será negra, la turmalina parda contiene magnesio, y las que contienen Va y Ca presentan muy diversos colores tenues. Es utilizada como gema por que presenta una gama de diversos colores.

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diversos tipos de turmalina

Inosilicatos.

Los tetraedros SiO4 pueden estar enlazados formando cadenas al compartir oxígenos con los tetraedros adyacentes. Estas cadenas sencillas pueden unirse después lateralmente, compartiendo más oxígenos de algunos tetraedros para formar bandas o cadenas dobles. En la estructura de cadenas sencillas, dos de los cuatro oxígenos de cada tetraedro SiO4 son compartidos con los tetraedros vecinos, dando ello una relación Si:O =1:3. en la estructura de bandas, la mitad de los tetraedros comparten tres oxígenos y la otra mitad solo dos, con lo cual la relación es Si: O = 4:11. (1)

Existen dos grupos importantes grupos, el grupo de los piroxenos y el grupo de los anfíboles. El grupo de los piroxenos está formado por una cadena mientras que el grupo de los anfíboles está compuesto por 2 cadenas.

La mayoría de los piroxenos y anfíboles son monoclínicos con algunos miembros ortorrómbicos. Una diferencia entre los anfíboles y los piroxenos es que los anfíboles presenta radicales (OH), con esto los índices de refracción son mayores los piroxenos, al igual que su temperatura, estas variaciones son mínimas, pero existen.

- Grupo de los piroxenos.

La composición química de los piroxenos esta representada por la fórmula general XYZ2O6 donde X está representada por Na+, Ca2+, Mn2+, Fe2+, Mg2+ y Li+ en la posición cristalográfica M2; Y esta representada por Mn2+, Fe2, Al3+, Cr3+ y Ti4+ en la posición M1; y Z representada por Si4+ y Al3+ en las posiciones tetraédricas de la cadena. (debe observarse que los cationes X en general son mayores que los cationes Y de acuerdo con los requisitos del tamaño de los catines de las posiciones M2 y Mi). Los piroxenos pueden dividirse en diversos grupos, el más común de los cuales puede representarse como parte del sistema químico CaSiO3 (wollastonita un piroxenoide) MgSiO3 (enstatita)- FeSiO3(ferrosilita). (1).

   Los piroxenos pueden dividirse en diversos grupos siendo habitual representarlos dentro del sistema químico CaSiO3 - MgSiO3 - FeSiO3.

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   Sobre dicho triángulo aparecen definidas las series diópsido (CaMgSi2O6) - hedenbergita (CaFeSi2O6) y la serie enstatita (Mg2Si2O6) - ferrosilita (Fe2Si2O6) así como la augita relacionada con la primera serie y la pigeonita relacionada con la segunda.

   Los piroxenos sódicos son la egirina (NaFeSi2O6) y la jadeita (NaAlSi2O6), formando la egirina (NaFeSi2O6) y la augita (Ca(Mg,Fe,Al)Si2O6) una serie completa de soluciones sólidas. La onfacita, a su vez, representa una serie completa de soluciones sólidas entre la augita (Ca(Mg,Fe,Al)Si2O6), la egirina (NaFeSi2O6) y la jadeita (NaAlSi2O6). (3).

* Cuadro de inosilicatos

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La augita está íntimamente relacionada por su composición con los miembros de la serie diópsido-hedenbergita, pero con alguna sustitución, por ejemplo, Na por Ca en M2, al por Mn en >M1 y Al por Si. La pigeonita representa un campo de soluciones sólidas Mg-Fe con un contenido en Ca alga mayor en la serie enstatita-ortoferrosita, que representa el campo de composiciones de los ortopiroxenos. A egirina (o egirita) y la augita representan una serie completa de soluciones sólidas indicada por los miembros de composición intermedia egirita-augita. la onfacita representa una serie de soluciones sólidas entre la augita y la jadeita. (1). La estructura del piroxeno está basada en cadenas simples de SiO3, que corresponden parcialmente al eje c. El diagrama ilustra esta cadena tetraédrica, así como la doble cadena octaédrica a la cual la primera está ligada. Las estructura contiene dos tipos de posiciones catiónicas, denominadas M1y M2. la posición M1 es un octaedro relativamente regular, pero especialmente en los piroxenos monoclínicos, L posición M2 es un poliedro irregular de coordinación 8 (en los piroxenos ortorrómbicos con Mg en la posición M2, éste poliedro está más próximo a un octaedro regular). Los cationes en las posiciones M1 están coordinados por los oxígenos de dos cadenas opuestas SiO3, produciendo así una banda tetraedro-octaedro-tetraedro (‘t-o-t). Sin embargo, la coordinación de los cationes en las posiciones M2 es de tal forma que varias de estas bandas t-o-t están enlazadas cruzadamente. Estas t-o-t se representan con frecuencia esquemáticamente como se indica en el diagrama , esta a su vez, muestra la relación de bandas t-o-t con los ángulos de exfoliación en los piroxenos. (1)

La gran mayoría de los piroxenos están en el espacio en forma monoclínica, dos de ellas y una ortorrómbica;,para obtener una estructura monoclínica la posición M1 debe ser menor que la M2. Para la estructura ortorrómbica los iones Mg y Fe están distribuidos en las posiciones M1 y M2 por el catión más grande con una mayor distorsión. De los piroxenos comunes tenemos: (3)

piroxenos

 

Serie enstatita-ortoferrosilita

Enstatita

Hiperestena

Pigeonita

MgSiO3

(Mg,Fe)SiO3

Ca0O25(Mg,Fe)1.75Si2O6

Serie diópsido-hedenbergita

Diópsido

Hedenbergita

Augita

CaMgSi2O6

CaFeSi2O6

XY(Z2O6)

Grupo del piroxeno sódico

Jadeita

Egirina

Espodumena

NaAlSi2O6

NaFe3+Si2O6

LiAlSi2O6

De los más representativos es la augita ((Ca, Na)Mg,Fe,Al,(Si,Al)2O6)

Ciclopiroxeno que utiliza’ la sustitución de Na por Ca, Fe por Mg, cristaliza en el sistema monoclínico, cristales en columnas o láminas. Sus colores son muy diversos puede ir desde el blanco a verde claro o negro (augita).

- Jadeita. (NaAlSi2O6)

Cristaliza en el sistema monoclínico, presenta cristales con aspecto granular en agregados macizos. Localizada sólo en rocas metamórficas, tiene un color verde característico y agregados de fibras compactas.

El grupo de los piroxenoides es el que tiene una relación Si:O = 1:3 pero no tiene su estructura, contiene cationes coordinados octaédricamente entre cadenas Sio3 pero su geometría no es del tipo extensible indefinidamente. Un ejemplo de ellos son la rodalita (MnSiO3) que cristaliza en forma triclínico con cristales tabulares de color amplio en la gama del rojo al rosa, presenta una exfoliación casi perfecta, es utilizada como piedra de adorno.

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- Grupo de los anfíboles.

La composición química de los miembros de l grupo de los anfíboles puede representarse por la fórmula general W0-1X2Y5Z8O22(OH,F)2, en donde W representa Na+ y K+ en la posición A; X significa Ca2+, Na+, Mn2+, Fe2+, Mg2+ y Li+ en las posiciones M4; Y representa Mn2+, Fe2+, Mg2+, Fe3+, Al3+ y ti4+ en las posiciones M1,M2 y M3; y Z se refiere a Si4+ y Al3+ en las posiciones tetraédricas. Esencialmente la sustitución iónica completa puede tener lugar entre Na y Ca y entre Mg, Fe2+ y Mn2+. Existe una sustitución limitada entre Fe3+ y Al y entre Ti y otro iones de tipo Y; y una sustitución parcial de Al por Si en las posiciones tetraédricas de las cadenas dobles. La sustitución parcial de F y O por OH en las posiciones hidroxilicas es también común. (1)

La estructura de los anfíboles está basada en una doble cadena Si4O11 dirigida paralelamente al eje C. El diagrama ilustra esta cadena, así como la banda octaédrica a la que aquélla está ligada. La estructura contiene diversas posiciones catiónica denominadas A, M4, M3, M2,M1, así como posiciones tetraédricas en las cadenas. La posición A posee coordinación 10 a 12 con el oxígeno y OH y alberga principalmente Na y a veces pequeñas cantidades de K. La posición M4 tiene coordinación 6 a 8 y alberga cationes tipo X. Los octaedros M1, M2 y M3 acomodan cationes tipo Y y comparten las aristas para formar bandas octaédricas paralelas a c. Las posiciones M1 y M3 están coordinadas por 4 oxígenos y dos grupos (OH,F) mientras que la M2 está coordinada por seis oxígenos. El diagrama muestra la estructura monoclínica de los anfíboles y la distribución de las posiciones catiónicas, tal como aparecería en una dirección paralela al eje c. Las bandas ‘t-o-t’ son aproximadamente el doble de ancho (en la dirección b) que las equivalentes t-o-t de los piroxenos, debido a que la anchura de la cadena es doble en los anfíboles. (1).

A los anfíboles se les puedo asignar un de tres grupos especiales: 2 monoclínicos y uno ortorrómbico. La hornblenda es un claro ejemplo del sistema monoclínico. El grupo especial ortorrómbico está dado por la presencia de cationes de tamaño pequeño en M4, M3, M2 y M1.

Como mencionamos antes los anfíboles presentan el grupo OH en su estructura, esto produce cambios en su temperatura y algunas ‘mutaciones’:

Tomamos como ejemplo la hornblenda:

Hornblenda ((Ca,Na)2-3(Mg, Fe, Al)5(Si6(Si,Al2O22(OH))2.

Cristaliza en sistema monoclínico (como ya lo habíamos visto, presenta una exfoliación perfecta, de una amplia gama de colores del verde hacia el negro, siendo su principal característica el color.

Filosilicatos.

Como lo indica su nombre, derivado del griego  que significa hoja, todos los numerosos miembros de este importante grupo tienen hábito hojoso o escamoso y una dirección de exfoliación dominante. Son por lo general blandos, de peso específico relativamente bajo y las laminillas de exfoliación pueden ser flexibles e incluso elásticas. Todas esas peculiaridades características derivan del predominio en la estructura de la hoja de tetraedros SiO4, de extensión indefinida. En esta hoja, representada en el diagrama, tres de los cuatro oxígenos de cada tetraedro SiO4 están compartidos con tetraedros vecinos, resultando así una relación Si:O =2:5. cada hoja, si no está distorsionada posee simetría senaria.

La mayor parte de los miembros de los filosilicatos son portadores de hidroxilos y tienen grupos (OH) localizados en el centro de los anillos senarios de tetraedros, a la misma altura que los oxígenos de los vértices no compartidos en los tetraedros SiO4. Diagrama. Cuando los iones, externos a la hoja de Si2O5, están enlazados a las hojas, se encuentran coordinados con 2 oxígenos y un OH, como muestra el diagrama. El tamaño del triángulo entre los dos oxígenos y un (OH) es aproximadamente el mismo (pero no idéntico a la cara triangular de un octaedro XO6 (en donde X es comúnmente Mg o Al). Esto significa que es posible enlazar a una red regular de oxígenos apicales y grupos OH de composición (Si2O5OH)3- una lámina de octaedros regulares, donde cada octaedro está inclinado sobre uno de sus lados triangulares. (1)

Los cationes de la capa octaédrica pueden ser divalente o trivalentes. Cuando los cationes son divalentes, por ejemplo Mg o Fe2+, la capa de la geometría de la burcita, en la cual cada posición catiónica está ocupada. En esta capa se originan seis enlaces Mg2+, cada uno con v.e.= 2/6= 1/3. tres de tales enlaces irradian de cada oxigeno o grupo (OH), neutralizando así la mitad de la carga del oxígeno y toda la carga del OH. De una capa donde cada oxígeno o grupo OH esta rodeado por tres cationes , como en la burcita (Mg(OH)2). (1)

Las estructuras de la antagorita y la caolinita están formadas por una hoja tetraédrica (‘t’) y una hoja octaédrica (‘o’) dando lugar a capas ‘t-o’. Estas capas ‘t-o’ son eléctricamente neutras y están enlazadas entre sí por fuerzas de Van der Walls. (1). Entonces tomando como base a la brucita podemos obtener, si seguimos dividiendo Mg3* Si2O7(OH)/(OH)3 y reemplazamos 2 grupos (OH), obtenemos talco y profilita.

Ahora podemos sustituir algunos Si2O5 directamente, con estas sustitución ‘se libera’ una carga en la estructura tipo sándwich haciendo fuerte el enlace, entonces la dureza crece y el aspecto resbaladiza desaparece. Así nacen la flogopita (KMg3(AlSi3O10)(OH)2) y la moscovita (KAl2(AlSi3O10)(OH)2.

L a importante familia de la cloritas puede ser descrita según la misma estructura de capas dobles del talco (o pirofilita), intensificadas con hojas simples octaédricas de brucita (o gibbisita), lo que conduce a la fórmula Si4O10Mg3(OH)2Mg3(OH)6. sin embargo, en la mayoría de las cloritas, el magnesio puede estar sustituido por aluminio, hierro ferroso y férrico en posiciones octaédricas tanto en las capas de talco como en las hojas de brucita, y el silicio puede estar sustituido por el aluminio en las posiciones tetraédricas. La fórmula general sería así:

(Mg,Fe2+,Fe3+, Al3)(Al,Si)4O10(OH)2- (Mg,Fe2+,Fe3+,Al)3(OH)6

los diversos miembros del grupo se diferencian unos de otros por la importancia de las sustituciones y por la manera de estar sobrepuestas las capas octaédricas y tetraédricas según c. (1)

El importante grupo de las vermiculitas puede ser dividido de la estructura del talco por intersección de hojas de agua molecular en láminas definidas Un ejemplo de una fórmula específica de vermiculita sería Mg3(Si,Al)4(OH)2 * 4,5H2O [Mg]0.35, en donde [Mg] representa iones intercambiables de la estructura. La presencia de iones intercambiables localizados entre las capas de moléculas de H2O y la capacidad de la estructura para retener cantidades variables de agua.

Los miembros de la vermiculita y montmorillonita exhiben una capacidad única para hincharse debido a la incorporación de grandes cantidades de agua interpuesta. (1).

Hay una considerable mezcla entre una capa de tipo brucita y una lámina de Si2O sin distorsionar con anillo hexagonales. El desajuste es debido al hecho de que las aristas de un octaedro de Mg(OH)6 situado en la capa de brucita son algo mayores que las distancias entre oxigeno apicales en la capa de Si2O5 o (Si,Al)2O5; esto significa que la geometría indicada en el diagrama es una simplificación exagerada. En el caso de los minerales de serpentina, antagorita y crisotilo, ambos Mg3Si2O5(OH)4, este desajuste viene compensado por una flexión (dilatación de la distancia entre los oxígenos apicales) de la capa tetraédrica para proporcionar un mejor ajuste con la capa de brucita octaédrica contigua. En la variedad aplanada, antigorita, el enlace no es continuo, sino por medio de pliegue. En la variedad fibrosa, crisotilo, el desajuste se resuelve mediante un enlace continuo de la estructura en tubos cilíndricos. La mayor parte de los filosilicatos poseen estructuras monoclínicas, algunos triclínicas, y unos pocos ortorrómbicos o trigonales. (1)

Los filosilicatos tienen una gran importancia desde el punto de vista geológico. Las micas son los principales minerales en los esquistos y son muy abundantes en las rocas ígneas; se forman a temperaturas más bajas que los anfíboles o los piroxenos y, con frecuencia, son resultado de sustituciones de minerales más tempranos por efecto de alteraciones hidrotermales. (1).

Según la simetría hexagonal trigonal alrededor del grupo OH puede presentar las siguientes cristalizaciones. Si el anillo se apila uno en cima de otro tendrá estructura monoclínica, si el Si2O5 tiene dos direcciones opuestas en una línea recta su estructura puede describirse como ortorrómbica. Cuando es en 3 direcciones presenta la estructura llamada politipismo, esta característica la presentan las serpentinas, micas y clorita.

  • Grupo de la serpentina.

Antigorita, lizardita y crisotilo (Mg3Si2O5(OH)4)

Cristaliza en sistema monoclínico, no se conocen cristales. Hay tres polimorfos comunes: antigorita, lizardita y crisotilo; los dos primeros son macizos de grano fino, el crisotilo es fibroso.

Se reconoce a simple vista por su color verde pardo y por su naturaleza fibrosa. Tiene muy diversas aplicaciones; los minerales macizos mezclados con mármol blanco dan colores verdes muy bonitos utilizados para decoración de interiores en edificios; otras veces se utiliza como sustituto del jade. El uso del crisotilo es muy diferente, algunas variedades nobles se emplean como rocas ornamentales. Anteriormente eran principal fuente de asbestos, pero debido a sus propiedades cancerígenas, dicho empleo está hoy día muy limitado en tejidos o como aislantes. (4)

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crisotilo.

- Grupo de las arcillas.

La palabra arcilla se emplea con referencia a un material de grano fino, terroso, que se hace plástico al ser mezclado con lago de agua. Aunque una arcilla puede estar formada por un único mineral de la arcilla, por lo general hay varios de ellos mezclados con otros minerales tales como feldespatos, cuarzo, carbonatos y micas.

De sus representantes mas significativos están:

La caolinita (Al2SiO5(OH)4), tiene una exfoliación basal perfecta su brillo y apariencia es terrosa, generalmente tiene color blanco que facilita su identificación. La principal utilidad que se le da a la arcilla es la fabricación de diversos objetos, por ejemplo la arcilla de mayor pureza es conocida como caolín o tierra de porcelana, empleada en la elaboración de vajillas y refractarios.

Talco (Mg3Si4O10(OH)2

Presenta sistema monoclínico, con presencia de cristales raros muy raros en forma de tabla con forma rómbica o hexagonal, de color claro en su mayoría blanco, es muy fácil distinguirlo por el hábito micáceo y la textura grasa que presenta.

En grandes cantidades se utiliza en pintura, cerámica, lo más utilizables son los polvos de talco para hacer materiales ornamentales.

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- grupo de las micas.

Las micas formadas por ‘sandwiches’ t-o-t con cationes entre las capas y escasa o nula agua intercambiable, cristalizan en el sistema monoclínico, pero con un ángulo b, próximo a 90°, por lo que la simetría monoclínica no es claramente visible. Los cristales son generalmente tabulares con planos basales bien desarrollados y tienen forma de rombo o hexagonal, con ángulos de unos 60° y 120°. Los cristales , lo tanto parecen en general ortorrómbicos o hexagonales. Todos ellos se caracterizan por una exfoliación basal muy perfecta. (1).

No es muy dada la sustitución en este grupo, pero muy en cambio es posible percibir que 2 miembros del grupo cristalicen juntos. La moscovita y la biotita son ejemplos de este grupo.

Moscovita (Kal2(AlSi3O10)(OH)2)

Cristaliza en sistema monoclínico, cuando existen cristales son muy raros, en forma tabular con base dominante, exfoliación de hojas grandes y pequeñas con apariencia de escamas. Presenta un color claro, por sus propiedades dieléctricas y resistencia al calor es utilizada en aparatos eléctricos.

Biotita. K(Mg,Fe2+)(Al,Fe3+) Si3O10(OH,F)2.

Cristaliza en sistema monoclínico, presenta un color generalmente verde oscuro, de pardo a negro. Raras veces amarillo claro. Las hojas finas tienen un color ahumado. Se presenta En escamas o tabletas, rara veces en prismas hexagonales cortos. También en masas compactas muy exfoliables. Es la más común de las micas, entrando como componente principal o accesorio de casi todas las rocas ígneas, esencialmente de los granitos, dioritas, gabros, sienitas etc.. así como en numerosas rocas metamórficas. Se emplea generalmente como aislante. (5).

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- Grupo de las cloritas.

Los minerales de este grupo recuerdan por sus propiedades a las micas. Cristalizan en el sistema monoclínico, poseen una exfoliación perfecta, baja dureza y pequeño peso específico. La mayoría de ellos se distinguen por su coloración verde, lo que les ha dado su denominación (en griego "chloros" quiere decir verde). Existe un gran número de nombres para las distintas variedades de cloritas según su composición química.

Las cloritas son aluminosilicatos, principalmente de Mg, Fe2+ y Al, en parte de Ni, Fe3+ y Cr3+. Muy individualizadas en el aspecto cristalográfico, las especies minerales ricas en Mg se denominan ortocloritas.

    Las especies minerales coloformas, ricas en hierro y de composición inconstante en muchos casos, constituyen un subgrupo especial de aluminoferrosilicatos bajo el nombre general de leptocloritas. (6).

Clorita (Mg,Fe)3(Si3,Al)4O10(OH)2*(Mg,Fe)3(OH)6.

Cristaliza en el sistema monoclínico con algunos polimorfos triclínicos, presenta cristales pseudo hexagonales tabulares con plano basal, su hábito es muy parecido al grupo de las micas, con hojas pequeñas. Su color verde característico lo diferencia rápidamente de confundirlo con alguna mica; no se ha encontrado alguna aplicación.

Tectosilicatos

Son minerales formados por una armazón tridimensional de tetraedros SiO4 enlazados, aquí todos los oxígenos del tetraedro están compartidos formando estructuras muy fuertes, la relación Si:O es 1:2.

Tectosilicatos.

Grupo SiO2

Cuarzo

Tridimmina SiO2

Cristobalita

Ópalo SiO2*nH2O

Grupo de los feldespatos

Serie de los feldespatos potásicos.

Microclina

Ortosa KALSi3O6

Sanidina

Feldespatos plagioclasa

Albita NaAlSi3O8

Anortita CaAl2Si2O8

Grupo de los feldespatoides

Leucita KalSi2O6

Nefelita (Na,K)AlSiO4

Sodalita Na8(AlSiO4)Cl2

Lazurita (Na,Ca)8(AlSiO4)6(SO4,S,Cl2)

Petalita LiAlSi4O10

Serie de las escapolitas

Marialita Na4(AlSi3O8)3(Cl2,CO3,SO4)

Meionita Ca4(Al2Si3O8)3(Cl2,CO3,SO4)

Analclima NaAlSi2O6*H2O

Grupo de las zeolitas

Natrolita Na2Al2Si3O10*2H2O

Chabazita CaAl2Si4O12*6H2O

Heulandita CaAl2Si7O18*6H2O

Estilbita NaCa2Al3Si13O36*14H2O

- Grupo SiO2.

El armazón SiO2, en su forma más simple es eléctricamente neutro y no contiene ninguna otra unidad estructural. Sin embargo, existen por lo menos nueve maneras diferentes según las cuales puede constituirse este armazón. Estos modos de distribución geométrica corresponden a nueve polimorfos conocidos del SiO2, uno de los cuales es sintético. Cada uno de estos polimorfos tiene su propio grupo espacial, sus dimensiones de celda, su morfología característica y su energía reticular. Las consideraciones energéticas son las que determinan principalmente cuál de los polimorfos es estable, siendo las formas de temperatura de formación más elevada y con mayor energía reticular las que poseen estructuras más dilatadas, lo que se refleja en un menor peso específico y menor índice de refracción.

Nombre

Simetría

Peso específico

Estisovita

 

Tetragonal

4.35

Coesita

 

Monoclínica

3.01

Cuarzo bajo (cuarzo )

 

Hexagonal

2.65

Cuarzo alto  (cuarzo )

 

Hexagonal

2.53

Keatita (sintético)

 

Tetragonal

2.50

Tridimita baja (tridimita )

 

Monoclínica u

ortorrómbica

2.26

Tridimita alta (tridimita )

 

Hexagonal

2.22

Cristobalita baja (cristobalita )

 

Tetragonal

2.32

Cristobalita alta (cristobalita )

 

Isométrica

2.20

(7)

Los poliformos del SiO2 pertenecen a tres categorías estructurales: cuarzo bajo, con menor simetría y la red más compacta; tridimita baja, con mayor simetría y estructura más abierta, y cristobalita baja, con la simetría más elevada y la red mas dilatada.

La temperatura de inversión varía ampliamente, dependiendo principalmente de la magnitud y dirección del cambio de temperatura. Cada uno de estos tres tipos de estructura posee una inversión alta-baja, como lo prueba la existencia de cuarzo alto y bajo. Estas transformaciones tienen lugar rápidamente y son reversibles a una temperatura de inversión bastante constante y bien definida y pueden ser repetidas una y otra ves sin desintegración física del cristal.

La forma de baja temperatura de cada tipo tiene simetría inferior a la de la forma de temperatura alta, pero esa diferencia de simetría es menor que la que hay de un tipo a otro. El aumento de presión tiene por efecto el elevar todas las temperaturas de inversión y, cualquier temperatura, el favorecer la cristalización del polimorfo que ocupe el menor espacio posible. (1)

Cuarzo SiO2.

El cuarzo bajo y alto presentan sistema hexagonal, sus cristales son prismáticos de forma hexagonal muy definidos; de acuerdo con la extensa gama de colores que presenta el cuarzo se le nombra de diferentes maneras:

Variedades macrocristalinas:

Cristal de roca transparente.

Cuarzo lechoso blanco opaco.

Amatista transparente violeta.

Cuarzo rosado rosa, rojo o rosáceo.

Citrino o Falso topacio amarillo transparente.

Cuarzo ahumado gris o negro.

Cuarzo falso zafiro azul.

Jacinto de Compostela rojo opaco.

Variedades criptocristalinas o Calcedonias:

Ágata con bandas paralelas a los bordes de colores vistosos.

Ónice con las bandas alternantes de colores claros y oscuros.

Jaspe opaca de colores vistosos.

Sílex opaca de colores claros y oscuros.

Xilópalo madera solidificada.

Heliotropo verde con manchas amarillas también llamado Jaspe sanguíneo.

Tiene una dureza de 7 en la escala de Mohs, un brillo vítreo intenso especialmente en cristal de roca, mate en calcedonias. se presenta en  cristales a veces de tamaños considerables, hexagonales, coronados por una pirámide trigonal. Estos cristales se pueden encontrar lo mismo aislados que maclados según tres importantes leyes: Delfinado, Brasil y Japón o en agrupaciones formando drusas o geodas. Suelen presentar los cristales inclusiones de otros minerales, agua o gases. También en granos irregulares o compactos.

El cuarzo es el componente fundamental de muchos tipos de rocas, especialmente de las rocas ígneas ácidas, de ahí que sea tan frecuente y abundante, pero también en rocas sedimentarias y metamórficas por ser al mismo tiempo muy resistente. La calcedonia es hidrotermal de baja temperatura, alrededor de los 120º C, formándose cerca de la superficie.

 Ampliamente utilizado en la industria de la óptica, en aparatos de precisión y científicos, para osciladores de radio, como arena se emplea en morteros de hormigón, como polvo en fabricación de porcelanas, pinturas, papel de esmeril, pastillas abrasivas y como relleno de madera. Sus variedades coloreadas como piedras de adorno, siendo muy cotizados en joyería los ópalos de diversos colores (tripletes). (7).

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  • grupo de los feldespatos.

Los feldespatos son los minerales más abundantes de la corteza terrestre, tienen un esqueleto de tetraedros SiO4- y AlO4- con iones de potasio, sodio o calcio que ocupan lugares apropiados en la estructura. Se pueden considerar como soluciones sólidas de tres compuestos ideales agrupadas en un subgrupo llamado feldespatos alcalinos o plagioclasa, formado por ortoclasa, albita y anortita. En los feldespatos alcalinos el sodio y el potasio sólo son intercambiables hasta cierto límite. Los feldespatos potásicos ortoclasa (u ortosa) y microclina generalmente contienen solo una pequeña cantidad de albita en solución sólida con ortoclasa, mientras el feldespato sódico albita generalmente contiene poca ortoclasa junto a la albita predominante. Sin embargo, la albita y la anortita forman una serie continua de minerales conocidos colectivamente como plagioclasa. (8). Comienza con la anortita, byotownita, labradorita, andesita, oligoclasa, albita, esta es la serie de plagioclasas.

Los feldespatos suelen presentar una buena exfoliación en dos direcciones formando ángulos de 90º. La dureza de los minerales de este grupo es aproximadamente 6 y su peso específico varía entre 2.55 y 2.76 con excepción de los feldespatos de bario, más pesados.

    Los minerales de este grupo responden a la fórmula general XZ4O8 con:   X: Ba, Ca, K, Na, NH4, Sr; Z: Al, B, Si. La composición de los feldespatos más comunes puede expresarse en función del sistema: ortoclasa (KAlSi3O8) - albita (NaAlSi3O8) - anortita (CaAl2Si2O8).(7).

Microclina. KAlSi3O8.

Cristaliza en el sistema triclínico, presenta cristales muy parecidos a la ortoclasa, pueden presentar maclas; algunas laminillas se cruzan a casi 90° dando una estructura de tratan característica, y con esta singular propiedad se distingue rápidamente. Tiene color verde fuerte, Se emplea fundamentalmente en la fabricación de porcelanas. Cuando se calienta a altas temperaturas funde y obra como un cemento. Se emplea para elaborar los esmaltes para pintar sobre porcelanas. Igualmente se emplean en la fabricación de vidrios.

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Ortoclasa. KAlSi3O8.

Cristaliza en sistema monoclínico, sus cristales son alargados y aplastados con presencia de maclas, tiene muy buena exfoliación, de color claro generalmente gris, blanco y raras veces amarillo, éste a diferencia de los otros feldespatos no presenta estriaciones. Se emplea en cerámica y fabricación de porcelanas y vidrio.

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sanidita (K,Na)AlSi3O8.

Cristaliza en sistema monoclínico, sus cristales son tabulares, algunas veces alargados., presenta una exfoliación perfecta, es incoloro y transparente por lo general, la estructura de la sardinita tiene una distribución desordenada a diferencia de la ortoclasa. Es posible distinguirla solamente por medio de rayos X ya que es mucho muy parecida a la ortoclasa.

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albita. NaAlSi3O8. anortita CaAl2Si2O8

cristalizan en sistema triclínico , sus cristales son en forma de tablillas paralelas, (al), cristales alargados en la anortita, presentan estriados y maclas ambos cristales; os minerales que presenten maclas y/o estriaciones es que pertenecen a las plagioclasas. Presentan una excelente exfoliación, los colores de ambos son claros, aunque en algunos minerales intermedios como la labradorita y la andesita se observa un bonito juego de colores. La albita se utiliza en cerámica, la labradorita y la anortita se utilizan como piedras de adorno.

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  • grupo de los feldespatoides.

Los feldespatoides son silicatos anhidros, químicamente parecidos a los feldespatos, excepto por su menor contenido en silicio (aproximadamente un tercio menos), formándose a partir de soluciones ricas en álcalis y pobres en sílice. Por consiguiente los feldespatoides nunca podrán aparecer en rocas sobresaturadas en sílice, con cuarzo primario.

    Las estructuras de estos minerales están íntimamente relacionadas con las de los feldespatos, sin embargo, algunos de ellos tienden a formar cavidades estructurales mayores que en el caso de los feldespatos, debidos a enlaces tetraédricos de cuatro y seis miembros, lo que justifica un mayor intervalo en sus pesos específicos, así como una facultad para contener aniones extraños, tales como Cl en el caso de la sodalita, CO3 para la carnotita, SO4 para la noseana y SO4, S y Cl en el caso de la lazurita. ( 7)

Leucita KalSi2O6

Nefelita (Na,K)AlSiO4

Sodalita Na8(AlSiO4)Cl2

Lazurita (Na,Ca)8(AlSiO4)6(SO4,S,Cl2)

Petalita LiAlSi4O10

Sodalita Na8(AlSiO4)Cl2.

Cristaliza en sistema isométrico, es muy rara la presencia de cristales pero cuando llegan a aparecer son de forma dodecaédrica, tiene una exfoliación débil, su color es generalmente azul, aunque se presenta en color rosado raras veces. Su color azul es la característica principal para su identificación, utilizado como piedra ornamental.

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- Grupo de las escapolitas.

Las escapolitas son minerales metamórficos con fórmulas que recuerdan las de los feldespatos. Existe una serie completa de soluciones sólidas entre la marialita 3NaAlSi3O8*NaCl y la meionita 3CaAl2Si2O8*CaSO4 o CaCO3.

En esta serie hay una sustitución completa de Na por Ca con compensación de carga efectuada como en los feldespatos por sustitución concomitante de Si por Al . también hay sustitución completa de CO3,S y Cl2 entre sí. (1).

Analclima NaAlSi2O6*H2O.

Presenta cristalografía de modo isométrico, sus cristales en forma de trapezoides; tiene un color blanco a transparente, la característica de este mineral es que sus cristales no se desarrollan mucho, además de estar incrustados en la roca matriz. Aún no se encontrado aplicaciones.

- Grupo de las zeolitas.

    Las zeolitas están formados por armazones de AlO4 y SiO4 muy abiertos, con grandes espacios de interconexión o canales. Dichos canales retienen iones de Na, Ca o K así como moléculas de agua ligadas por enlaces de hidrógeno a los cationes de la estructura.  Esta estructura justifica la capacidad que tienen las zeolitas de desprender agua de manera continua a medida que se les calienta y a temperaturas relativamente bajas, dejando intacta la estructura del mineral. Por otra parte la zeolita deshidratada puede rehidratarse fácilmente simplemente sumergiéndola en agua. Por estas propiedades los de este grupo suelen emplearse como desecantes en la eliminación de agua en hidrocarburos.

   Por otra parte, en función del tamaño de los canales las zeolitas son capaces de absorber diferentes moléculas, por lo que resultan muy apropiadas como elementos tamizadores moleculares.

   Igualmente, son empleadas por sus propiedades de intercambio catiónico, empleándose para ablandar el agua (rebajar el contenido en Ca2+ del agua). Las zeolitas son minerales secundarios originados por la acción lixiviante de aguas termales sobre feldespatos o feldespatoides. Es un mineral índice de zonas metamórficas de grado muy bajo, definiendo la llamada "facies zeolítica".

La palabra "zeolita" palabra deriva del griego "zeo" hiervo y "litos" piedra por la propiedad de estos minerales a fundir con marcada intumescencia. (9).

Estilbita NaCa2Al3Si13O36*14H2O

Cristaliza en el sistema monoclínico, con cristales tabulares, o agregados en gorma de haces, presenta exfoliación perfecta paralela, tiene un color blanco, muy raras veces amarillo. Es característico su exfoliación y los grupos de haces de cristales que presenta.

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Bibliografía.

  1. Manual de mineralogía; Cornelius Klein, Cornelius S.Hurbert Jr.; Ed reverté; 4ª ed. pp.495 - 616.
  2. http://www.uned.es/cristamine/min_descr/grupos/turmalina/mas/indigo59.htm.
  3. http://www.uned.es/cristamine/min_descr/grupos/piroxeno/pirox_gr.htm
  4. http://www.uned.es/cristamine/fichas/clinocrisotilo/clinocrisotilo.htm
  5. http://www.uned.es/cristamine/fichas/biotita/biotita.htm
  6. http://www.uned.es/cristamine/min_descr/grupos/clorita/clorita_gr.htm
  7. http://www.uned.es/cristamine/min_descr/grupos/silice/silice_gr.htm
  8. geología física; Arthur Holmes; ediciones Omega; 1980; pp. 59-60.
  9. http://www.uned.es/cristamine/min_descr/grupos/zeolita/zeolitas_gr.htm

Iones en piroxenos y anfíboles comunes.

Piroxenos

Posiciones atómicas.

Posiciones atómicas Nombre A

M1 M2 enstatita q

Mg Mg otros miembros q

De la serie de

Fe Mg ortopiroxeno q

q

Ca Mg Diópsido q

Ca Fe Hedenbergita q

Ca Mn Johansenita

Mg,Fe

Ca Mn, Al Augita q

Na Fe3+, Ti

Al Jadeíta q

Na Fe Egirina q

Na Na

Al

Li Espodumena q

Posiciones atómicas nombre

M4 (M1+M2+M3) Antofilita

Mg Mg Cummingtonita

Fe Mg

Grunerita

Fe Fe Tremolita

Ca Mg Ferroactionolita

Ca Fe

Ca,Na Mg, Fe2+, Mn Hornblenda

Al, Fe3+, Ti

Na Mg,Al Gauofana

Na Fe2+, Fe3+ riebeckita

Na Fe2+, fe3+ arfvedsonita

Mg, Fe3+

Li Al,Fe2+ Holquimista

Cuadro de inosilicatos más comunes.

Mariam Lecter


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