• 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

15

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