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La mineralogía es una ciencia extensa y compleja, muy relacionada con la química y la geología, que estudia la
estructura, composición y transformación de la materia sólida inorgánica cristalina encontrada en forma natural
en la biósfera . En la naturaleza, el cobre se encuentra asociado a otros minerales y para obtenerlo es necesario
separarlo a través de un trabajo conocido como “proceso productivo del cobre”, donde la mineralogía cumple un
rol de importancia indiscutible.
MINERALOGÍA
CONTENIDOS
La mineralogía
estudia la
Materia sólida
del tipo
Mineral
cuyas características son
Naturales
Inorgánicas
Homogéneas
Cristalina
su grado de pureza se expresa por
Ley
Mineral
Cristalina
Una sustancia mineral es una sustancia química
formada por uno o más elementos. Cada
sustancia tiene una fórmula química, que expresa
cuantitativamente su composición. Es una sustancia
natural y homogénea, de origen inorgánico, con
una composición química definida y propiedades
características, y que tiene, generalmente, una
estructura cristalina.
En una estructura cristalina los átomos o moléculas
de la sustancia tienen un ordenamiento geométrico
constante en el espacio. Si, por el contrario, no
se observa una disposición periódica y ordenada
de las entidades, se dice que la sustancia no está
cristalizada o que es amorfa. Ejemplos de minerales
de estructura amorfa son las rocas volcánicas y el
vidrio.
Naturales
Los minerales no son producidos artificialmente en
el laboratorio, más bien se encuentran en forma
espontánea en el ambiente.
Homogénea
Un mineral es una sustancia pura (elemento o compuesto químico). Las rocas son una mezcla heterogénea ya que estas son un conjunto de minerales.
El cobre, en la naturaleza, podemos encontrarlo
asociado a diferentes elementos, conformando
compuestos químicos. Si la fuente de cobre se encuentra cerca de la superficie y en contacto con la
atmósfera, se oxida por el oxígeno del aire formando CuO (óxido de cobre). Si la fuente de cobre se
encuentra bajo tierra, generalmente lo encontramos
asociado al azufre, conformando el CuSO4 (sulfato
de cobre).
Cristal
Amorfo
Ley
La ley se refiere al grado de pureza en que se
encuentra la especie mineral en la roca de un
yacimiento.
La ley de cobre expresa el porcentaje de cobre
que encierra una determinada muestra. Cuando se
habla de una ley del 1% significa que en cada 100
kilogramos de roca mineralizada hay 1 kilogramo de
cobre puro.
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En esta oportunidad aprenderás a construir modelos tridimensionales de minerales y a calcular la ley de algunos
de sus elementos.
Materiales (lo que necesitas)
1. Bolitas de plasticina de diferentes colores.
2. Palos de fósforos o mondadientes.
3. Calculadora.
4. Cuaderno.
5. Lápiz.
Procedimiento (lo que debes hacer)
1. Construye un sólido cristalino (mineral) compuesto por tres elementos.
2. Arma bolitas de plasticina de tres colores diferentes, uno para cada elemento. Cada una de las bolitas
representa un átomo del elemento.
APLICACIÓN PRÁCTICA
Construyendo minerales y calculando su ley
3. Une estas esferas con los palos de fósforos o los mondadientes, cuidando de que los átomos de los elementos
(esferas de color) estén a una misma distancia unos de otros, ya que se trata de sólidos cristalinos.
4. Deja uno de los tres elementos en una cantidad distinta (mayor o menor) con respecto a los otros dos
elementos.
5. Intercambia tu modelo tridimensional con un (a) compañero (a).
Preguntas
1. Calcula el porcentaje de abundancia de cada elemento, tomando como referencia el 100% como el número
total de esferas (átomos).
2. Confecciona una tabla que resuma tus resultados.
3. Concluye la ley de cada elemento, en el modelo que has intercambiado. Puedes seguir el siguiente ejemplo.
Ejemplo: El modelo de Ana María posee 20 esferas, de las cuales 6 son rojas.
Entonces:
100% 20
=
X
6
Por lo tanto: el elemento rojo posee una ley del 30%.
100% x 6
X =
20
x = 30%
4. A partir de este ejercicio, ¿qué conclusión extraes acerca de la utilidad de calcular la ley del cobre en los
minerales?
5. A partir de tus conocimientos sobre el concepto de ley, ¿qué significa que en la mina de Chuquicamata se
extrajo una muestra mineral de CuO (óxido de cobre) cuya ley es del 10,5 %?
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Ciencia.
Subsector :Química.
Nivel : 1er año de Educación Media (NM1).
Descripción general
La información entregada en el texto La mineralogía se refiere al concepto de sólidos cristalinos, abordando
su estructura y organización atómica - molecular. Esta instancia se vincula para aplicar el concepto de ley
(pureza de materiales sólidos) al momento de tratar la unidad de “Suelos” y/o “Los Materiales”.
Este contenido se relaciona con el proceso productivo del cobre en su etapa de exploración geológica y
de extracción, ya que el científico a cargo (geólogo) encontrará muestras de fuente de cobre en forma de
sólidos cristalinos (minerales) en diferentes grados de pureza.
Se ofrece una actividad práctica que favorece la representación mental del estudiante acerca de los
conceptos de “cristal”, “celdas unitarias” y “organización atómica geométrica”, como también facilita el
aprendizaje del concepto de “ley” a través de su aplicación concreta.
Objetivos
fundamentales
•Distinguir las propiedades
físicas y químicas de distintos
materiales y conocer las
modificaciones y límites en
las que ellas pueden variar.
Realizar mediciones exactas
y precisas a través de
actividades experimentales y
apreciar su importancia para
el desarrollo de la ciencia.
•
Aprendizajes posibles
•Definir y distinguir el
concepto de mineral.
•Comparar sólidos
cristalinos y amorfos.
•Caracterizar las
propiedades de los
cristales.
Relacionar cristales con los
minerales de cobre.
Definir ley.
Relacionar la pureza del
cobre con la ley de cobre.
Extraer conclusiones de
datos de ley de cobre.
Calcular el grado de pureza
(ley) de un mineral.
•
•
•
•
•
Objetivos
transversales
•Exponer ideas, opiniones,
convicciones, sentimientos
y experiencias de manera
coherente y fundamentada.
Resolver problemas a través
del uso de herramientas y
procedimientos basados en una
actitud reflexiva y metódica.
Analizar, interpretar y sintetizar
información y conocimientos.
Contenidos
•Suelos:
•
Mineralogía.
PARA EL DOCENTE
Sector :
Conceptos claves
•Minerales.
•Cristales.
•Elementos y
compuestos.
•Ley.
•
Otras oportunidades
de aprendizaje
•Definir y describir celdas
unitarias.
•Visualizar los siete tipos de
celdas unitarias.
•Explicar las propiedades
macroscópicas del cobre
a partir de su fundamento
atómico.
Identificar minerales de
cobre.
•
Criterios de evaluación
1.Define mineral.
2.Distingue entre mineral y
rocas mineralizadas.
3.Reconoce sólidos
cristalinos y amorfos.
4.Explica características de
los cristales.
5.Comprende el concepto de
ley de mineral.
6.Extrae conclusiones de
datos de ley.
7.Calcula el grado de pureza
(ley) de un mineral.
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PARA EL DOCENTE
Evaluación Formativa
Nombre:
Curso:
1.
Fecha:
Define mineral con tus propias palabras.
2.
Realiza una tabla comparativa entre sólidos cristalinos y amorfos. Para ello usa el criterio “estructura”,
señalando tres características.
3.
¿Qué relación hay entre sólidos cristalinos y minerales de cobre?
4.
En una muestra de 5 kilos de mineral, 1,5 kilos corresponden a cobre. ¿Cuál es la ley de cobre para esta
muestra? ¿Qué significa este valor?
5.
¿En qué formas podemos encontrar el cobre en la naturaleza? Señala tres ejemplos.
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Características
1. Los minerales son materiales sólidos cuyos átomos
se disponen en el espacio según una estructura
precisa, ordenada y periódica.
2. La mayor parte de los materiales sólidos existentes
en la Tierra son cristales. Las excepciones
obedecen a sólidos amorfos donde encontramos
a las piedras volcánicas, el vidrio, el plástico, entre
otros; y aunque son sólidos no tienen la estructura
microscópica ordenada y periódica típica de los
cristales.
3. Los cristales están constituidos por una unidad
fundamental denominada celda elemental o
unitaria, que se repite indefinidamente en las tres
direcciones del espacio.
6. Los sólidos cristalinos funden a una temperatura
precisa, mientras que el punto de fusión para
sólidos amorfos puede variar en intervalo limitado
de temperatura.
7. Una clasificación de los cristales, aunque no
rigurosa, se puede establecer tomando como base
el enlace químico predominante en su estructura.
Así encontramos enlaces de hidrógeno, iónicos,
covalente, metálicos y fuerzas de Van der Waals.
8. Los que poseen enlaces metálicos son muy
importantes. Las características del brillo, la
ductibilidad, la resistencia mecánica, la conducción
del calor y la corriente eléctrica son debidas a
su estructura microscópica y al enlace de tipo
metálico, el que sólo se da al interior de este tipo
de materiales.
Existen siete tipos de celdas elementales:
i. Cúbica.
ii. Tetragonal.
iii. Hexagonal.
iv. Romboédrico.
v. Ortorómbico.
vi. Monoclínico.
vii. Triclínico.
¿Cómo diferenciar el tipo de celdas?
El criterio para diferenciar los distintos tipos de
celdas se basa en el intervalo de magnitud de los
ángulos de enlace y la distancia entre los átomos
(aristas de la celda unitaria).
4. La repetición de esta celda elemental da origen a
una estructura geométrica, conocida como retículo
o red cristalina, que determina gran parte de las
características del cristal.
5. Las características macroscópicas de los cristales
son muy variadas. Hay cristales durísimos, otros
son blandos y frágiles; algunos son transparentes,
otros opacos; hay cristales conductores de
corriente eléctrica y otros aislantes.
El cobre como sólido cristalino
El cobre se encuentra en la naturaleza, libre o asociado
con otros elementos, formando cristales. En el último
caso, la asociación corresponde a óxidos, sulfatos
y sulfuros. Características físicas del cobre tales
como ser buen conductor del calor y la electricidad,
su ductibilidad y resistencia mecánica son debidas a
que los átomos establecen enlaces del tipo metálico
entre ellos.
MATERIAL COMPLEMENTARIO
Minerales: sólidos cristalinos
La estructura cristalina del cobre
libre corresponde a la celda
unitaria del tipo cúbica centrada
en las caras. Los átomos de cobre
se encuentran colocados en los
vértices de un cubo así como en
el centro de cada una de las caras
que forman el cubo. La longitud del cubo es de 3.61
Å. Este arreglo se repite con la misma orientación a lo
largo de todo el cristal. La estructura cúbica centrada
en las caras es característica de muchos metales
como el níquel (3.52 Å), aluminio (4.04 Å), oro (4.07
Å), plomo (4.94 Å) y platino (3.92 Å), por ejemplo.
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