CÁLCULO DE LA FORMULA DE UN FILOSILICATO A PARTIR DE SU ANALISIS QUÍMICO

Marisa García Romero & Javier Luque del Villar

Filosilicato: capas tetraédricas (arriba y abajo) y octaédrica (centro)

A partir del análisis químico de un filosilicato se puede calcular su fórmula estructural, lo que permite determinar si la carga laminar se debe a la capa tetraédrica o a la octaédrica y calcular el número de cationes octaédricos totales, y por tanto el de posiciones vacantes (saber si es di o trioctaédrico).

 

 

%

PM

3

4

5

6

7

SiO2

64.7

60.09

1.0767

1.0768

4.3069

31.3999

7.85

Al2O3

18.6

101.96

0.1824

0.3648

1.0945

7.9800

2.66

Fe2O3

8.12

159.70

0.0508

0.1017

0.3051

2.2242

0.74

FeO

0.25

71.85

0.0035

0.0035

0.0070

0.0507

0.03

MgO

4.32

40.31

0.1072

0.1072

0.2143

1.5627

0.78

Na2O

3.3

61.98

0.0532

0.1065

0.1065

0.7764

0.78

K2O

0.04

94.20

0.0004

0-0008

0.0008

0.0062

0.01

                                                                                                  ∑ = 6.0351          

                                                                                             ∑/44 = 0.2743

 

En el ejemplo la primera columna representa los tantos por ciento en peso de los distintos óxidos obtenidos a partir del análisis químico. La segunda columna los pesos moleculares de dichos óxidos.

 

Como los datos que tenemos son porcentajes en peso de óxidos, para saber las proporciones relativas de cada uno de ellos que entran a formar parte del mineral problema lo que hacemos es dividir el % por el peso molecular de cada óxido, lo que viene reflejado en la tercera columna. Esto nos da las proporciones moleculares.

 

Una vez conocidas las proporciones moleculares relativas de cada óxido que entran a formar parte de la molécula del mineral problema necesitamos conocer las proporciones atómicas, es decir, en la fórmula de los óxidos analizados en unos casos hay únicamente un catión y en otros casos dos. Para hallar las proporciones atómicas hay que multiplicar las proporciones moleculares por el número de cationes que hay en la molécula de los óxidos. En el caso de SiO2 , MgO... se multiplica por 1, en el caso de Al2O3, Fe2O3 ... por 2 (cuarta columna).

 

Posteriormente se multiplican las proporciones atómicas por la valencia con que actúa el catión con el oxígeno (quinta columna), de esta forma hallamos los equivalentes gramo y sabemos cuantos oxígenos combinan con cada catión.

 

Se suma la columna 5. Esta suma nos indica cuantos oxígenos hay en los óxidos de los que parto en mi análisis. En el ejemplo el valor de esta suma es 6.351.

 

El valor de la suma se divide por la valencia de los oxígenos que habría en una fórmula tipo del mineral que nos ocupe. En nuestro caso, como se trata de una esmectita, la fórmula se calcula en base a 22 oxígenos, 16 correspondientes a la capa tetraédrica y 6 a la octaédrica, o lo que es lo mismo 44 cargas negativas (O20(OH)4).

 

Luego:  6.0351 / 44 = 0.2743

 

Este valor es un factor de normalización, con lo que se normalizan las cargas de los cationes que tengo respecto a los oxígenos de la fórmula. Para ello se divide la columna 5 por este factor y resulta la columna sexta.

 

Por último, se divide la columna 6 por la valencia del catión y obtengo la columna séptima. Este paso es lo contrario del paso de la columna 5, nos indica la proporción total de cada catión en la fórmula unidad.

 

A continuación se asignan los cationes a las distintas posiciones:

 

·        Primero se ocupan las posiciones tetraédricas. Para 44 cargas hay 8 posiciones  tetraédricas (4 en cada capa tetraédrica) que, si no hubiese sustituciones, estarían ocupados por 8 Si.

 

En primer lugar asignamos todo el Si a esta posición (no puede haber más de 8 átomos, si hubiese más indicaría que el análisis está mal). Si hay menos de 8 átomos de Si el hueco se completa con otros cationes, hasta llegar a 8. Se toma en primer lugar Al, si no hubiese suficiente se tomaría Fe3+ o Ti.

 

En el ejemplo:     (Si 7.85 Al 0.15)

 

·        Posteriormente, se ocupan las posiciones octaédricas. Los cationes que ocupan estas posiciones son: El Al sobrante, Fe3+, Fe2+, Mg, Mn y Ti.

 

En el ejemplo:     (Al 2.21 Fe3+ 0.74 Fe2+ 0.03 Mg 0.78)

 

·          Y por último se asignan los cationes en posición interlaminar: Ca, K, Na y en algunas ocasiones, también es posible tener Mg (en las vermiculitas y en algunas esmectitas).

 

En el ejemplo:     (Na0.78 K 0.01)

 

 

Hay que comprobar que la estructura sea eléctricamente neutra, para ello calculamos la carga de la lámina y las cargas tetraédrica y octaédrica. La carga laminar debe compensar a la tetraédrica ± la octaédrica. Pueden existir pequeñas diferencias debidas al redondeo de los valores.

 

Para ello, se multiplica la valencia de cada catión por la proporción en que interviene en la fórmula. Si no hubiese sustituciones, en posición tetraédrica tendríamos 8 Si, que multiplicados por su valencia (4) serían 32 cargas positivas, que se compensarían con las 32 cargas negativas correspondientes a los 16 oxígenos tetraédricos. En posición octaédrica si no hubiese sustituciones tendríamos 6 Mg (mineral trioctaédrico), o 4 Al (mineral dioctaédrico), en ambos casos 12 cargas positivas.

 

En el ejemplo:

 

Posición tetraédrica:           (7.85 Si x 4) + (0.15 Al x 3) = 31,4 + 0,45 = 31.85

                                               32 – 31.85 = 0.15    déficit de carga tetraédrica

 

Posición octaédrica:           (2.51 x 3) + (0.74 x 3) + (0.03 x 2) + (0.78 x 2) = 11.37

                                               12 – 11.37 = 0.63              déficit de carga octaédrica

 

Interlámina:                (0.78 x 1) + (0.01 x 1) = 0.79

 

0.15 (déficit de carga tetraédrica ) + 0.63 (déficit de carga octaédrica) = 0.78 (similar al déficit de la interlámina)

 

Por tanto, la fórmula estructural es:

 

(Si7.85 Al0.15) (Al2.51 Fe3+0.74 Fe2+0.03 Mg0.78) (Na0.78 K0.01) O20 (OH)4

 

Se  trata de una montmorillonita.

 

 

 

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