¿Por qué estudiar la química de los minerales? Los minerales están hechos de átomos, que tienen un impacto en el comportamiento y las características del mineral. Por lo tanto, para comprender, explicar y predecir el comportamiento de los minerales y las rocas, que están hechas de minerales, debemos comprender algunos hechos básicos sobre los átomos y cómo se comportan. Esto requiere una comprensión básica de algo de química. Comenzaremos por construir átomos en nuestro pensamiento en términos de las tres partículas subatómicas de las que están hechos los átomos.,
los Átomos
la Figura 1. Los elementos, como el helio, representados aquí, están hechos de átomos. Los átomos se componen de protones y neutrones ubicados dentro del núcleo, con electrones en orbitales que rodean el núcleo.
Los átomos consisten en protones, neutrones y electrones. Los protones tienen una carga eléctrica positiva ( + ). Los electrones tienen una carga negativa (−) que es exactamente igual y opuesta a la carga eléctrica de un protón. Los neutrones son eléctricamente neutros.
La mayor parte de la masa de un átomo está empaquetada en su pequeño núcleo., Un núcleo atómico está hecho de protones y neutrones, que tienen aproximadamente la misma masa (Aproximadamente 1.67 × 10-24 gramos). Los electrones, por otro lado, están dispuestos en orbitales específicos alrededor del núcleo de un átomo; también son mucho más pequeños en masa que los protones y neutrones, pesando solo 9.11 × 10-28 gramos, o aproximadamente 1/1800 del peso de los protones y neutrones.
a pesar de que la masa de un electrón es una masa minúscula en comparación con la masa de un protón o un neutrón, los electrones ocupan la mayor parte del volumen de un átomo (ver Figura 1).,
Iones
Un átomo neutro tiene el mismo número de electrones como protones. Un átomo que ha perdido o ganado electrones ya no es un átomo eléctricamente neutro. Ese tipo de átomo, que no es eléctricamente neutro y tiene una carga eléctrica asociada con él, se llama ion. Los átomos que han ganado electrones son iones cargados negativamente ( – ), o aniones. Los átomos que han perdido electrones son iones cargados positivamente ( + ), o cationes.
también es posible tener iones que son en realidad pequeños grupos de átomos unidos entre sí. Estos son conocidos como iones poliatómicos., Un ejemplo de un ion poliatómico es el ion carbonato, (CO3) 2−, que tiene dos electrones adicionales, dándole la carga eléctrica neta de 2−.
fórmulas químicas
acabamos de ver que un ion carbonato también se puede llamar (CO3) 2−. Pero, ¿qué significa esto exactamente?
primero veamos las letras: CO. Los átomos tienen símbolos químicos; a cada elemento se le ha asignado una o dos letras para representarlo. Por lo tanto, C representa el carbono, y o representa el oxígeno (todos estos símbolos químicos se pueden ver en la Tabla periódica en la figura 2 a continuación).,
como leemos arriba, el 2-significa que el ion tiene dos electrones adicionales. ¿Pero qué pasa con el 3? Esto significa que hay tres átomos de oxígeno en el ion. El número de átomos en una fórmula particular siempre está anotado en subíndice. Carga siempre se escribe en superíndice al final de la fórmula (un superíndice al principio de la fórmula significa algo más—vamos a llegar a esto cuando discutimos isótopos a continuación). Los paréntesis alrededor de CO3 indican que la carga pertenece a toda la unidad poliatómica en lugar de solo el O3.,
Por lo tanto, el ion carbonato es un átomo de carbono (C), tres átomos de oxígeno (O3) y dos electrones adicionales (2−), que cargan todo el ion poliatómico.
la Tabla periódica
los átomos naturales que se encuentran en la tierra van desde el hidrógeno, con solo un protón en su núcleo, hasta el uranio, con 92 protones en su núcleo. Estos son los elementos químicos naturales, que incluyen elementos comúnmente conocidos como carbono, oxígeno, hierro, etc., La Tabla periódica enumera todos los elementos químicos de una manera que nos dice cuántos protones tiene cada uno de ellos, cómo están dispuestos sus electrones y cuál es el comportamiento químico general de cada elemento.
la Figura 2. Siga este enlace a una versión grande de la Tabla periódica. El enlace se abrirá en una nueva ventana para que pueda consultarlo fácilmente mientras lee esta página.
como se muestra en la Figura 2, La Tabla periódica consta de dieciocho grupos y siete períodos., Dos filas adicionales de elementos, conocidos como lantánidos y actínidos, se colocan debajo de la mesa principal. Estos elementos se colocan por separado para hacer que la mesa sea más compacta. Todos los elementos de un grupo tienen un comportamiento químico similar. Esto se debe a que todos los elementos de un grupo tienen una disposición similar de electrones en sus átomos, y es la disposición de electrones la que determina el comportamiento químico de un elemento.
para cada elemento, se proporcionan el nombre, el símbolo atómico, el número atómico y la masa atómica., El número atómico es un número entero que representa el número de protones: cada elemento químico se distingue por el número de protones en su núcleo. Por ejemplo, cada átomo del elemento oxígeno tiene ocho protones en su núcleo. Es por eso que el número atómico de oxígeno es 8. Si un átomo tiene más o menos de ocho protones en su núcleo, no es oxígeno, es algún otro elemento químico. En la Tabla periódica, el número atómico de cada elemento se enumera encima del símbolo químico del elemento.,
la masa atómica, que es la masa media de diferentes isótopos, se estima con dos decimales. Por ejemplo, el hidrógeno tiene el símbolo atómico H, el número atómico 1 y una masa atómica de 1.01. La masa atómica es siempre mayor que el número atómico. Para la mayoría de los elementos pequeños, la masa atómica es aproximadamente el doble del número atómico, ya que el número de protones y neutrones es aproximadamente igual.
Los elementos se dividen en tres categorías: metales, no metales y metaloides. Estos forman una línea diagonal del período Dos, grupo trece al período siete, grupo dieciséis., Todos los elementos a la izquierda de los metaloides son metales, y todos los elementos a la derecha son no metálicos.
la Tabla periódica se creó para ayudar a los químicos a comprender mejor los elementos y cómo funcionan. Es un mapa del comportamiento elemental.
Isótopos
Cada átomo de un elemento específico, debe tener el mismo número de protones en su núcleo. Este número es su número atómico. Sin embargo, hay un rango de posibles números de neutrones que puede tener en su núcleo., El hecho de que los átomos de un elemento químico puedan tener diferentes números de neutrones da como resultado que cada elemento químico tenga varios isótopos. Los isótopos son átomos de un elemento químico dado que tienen diferentes números de neutrones en sus núcleos.
por ejemplo, mientras que todos los átomos del elemento oxígeno tienen ocho protones en sus núcleos, esos átomos de oxígeno pueden tener ocho, nueve o diez neutrones. Los diferentes números de neutrones en el núcleo distinguen los tres isótopos del oxígeno. Oxígeno-16 es el isótopo del oxígeno con 8 neutrones en su núcleo., El número 16 se llama el número de masa atómica. El número de masa atómica es el número total de protones y neutrones en el núcleo de un isótopo. A partir de esta definición, y sabiendo que todos los átomos de oxígeno tienen 8 protones en el núcleo, se puede deducir que el oxígeno-17 es el isótopo de oxígeno con 9 neutrones y el oxígeno-18 es el isótopo de oxígeno con 10 neutrones. Abreviados en símbolos, los tres isótopos del oxígeno se escriben como 16O, 17o y 18o.,
los isótopos no son muy importantes para entender los minerales, pero son importantes para entender cómo aplicar la química y la física nuclear a la geología, como cómo usar mediciones de isótopos radiactivos para medir las edades de rocas y minerales y cómo usar isótopos de oxígeno de capas de hielo glacial para determinar cuál era la temperatura de la Tierra durante una edad de hielo.
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