Estructura, Composición y Minerales de la Tierra: Una Exploración Detallada

Estructura Interna de la Tierra

La Tierra presenta una estructura interna compleja, organizada en capas concéntricas. Su radio aproximado es de 6.400 km.

Orden de las capas (desde la superficie al interior):

• Corteza
• Manto superior
• Zona de transición
• Manto inferior
• Núcleo externo
• Núcleo interno

Composición de las Capas de la Tierra

• Núcleo: Compuesto principalmente por níquel y hierro.
• Mesosfera (Manto): Compuesta por silicio, hierro y magnesio.
• Litosfera: Compuesta por silicio y magnesio.

Litosfera y Tipos de Rocas

La litosfera es la capa sólida superficial de la Tierra, y está compuesta por diferentes tipos de rocas:

• Rocas Ígneas: Se forman por el enfriamiento de metales fundidos provenientes del núcleo. Tienen una composición homogénea (no en capas). Ejemplos: granito y piedra pómez.
• Rocas Sedimentarias: Se forman en el fondo del mar y se presentan en capas (estratificadas). Ejemplos: caliza y yeso.
• Rocas Metamórficas: Resultan de la transformación de rocas ígneas y sedimentarias debido a cambios de temperatura, presión, etc. Ejemplos: mármol y pizarra.

El Suelo: Composición y Características

El suelo es un agregado natural que recubre la superficie terrestre con diferentes espesores. Permite el desarrollo de plantas y animales. Está compuesto por una fracción mineral y una orgánica.

• Fracción Mineral: Proviene de la desintegración de las rocas.
• Fracción Orgánica: Compuesta por microorganismos, hojas, ramas, heces, cadáveres, etc.

Escala Granulométrica

Clasificación de las partículas del suelo según su tamaño:

• Arcilla: < 0,002 mm
• Limo: 0,002 - 0,005 mm
• Arena: 0,005 - 2,0 mm
• Grava: 2,0 - 20 mm
• Guijarros: > 20 mm

Textura del Suelo

La textura del suelo está determinada por la proporción de cada tipo de partícula. El componente con mayor porcentaje predomina. Ejemplo: 25% arena, 25% limo, 50% arcilla = Suelo arcilloso.

Perfiles del Suelo (Horizontes)

Los horizontes son capas del suelo con características distintas:

• Horizonte A: Rico en humus (materia orgánica descompuesta).
• Horizonte B: Principalmente mineral, con poca materia orgánica.
• Horizonte C: Fragmentos de roca provenientes de la roca madre.
• Horizonte R: Roca madre (sin fragmentar).

Clasificación de los Suelos

• Rocoso: Sin horizontes definidos. Duro, impermeable y seco.
• Arenoso: Permeable y poroso. Permite el paso del agua, pero no retiene la humedad.
• Arcilloso: Textura blanda, poco permeable y retiene la humedad.
• Orgánico: Permeable y esponjoso, retiene la humedad.

Suelos Cultivables: Composición Óptima

Un suelo cultivable ideal debe tener una composición equilibrada:

• Arcilla y limo: Para retener humedad y permitir la aireación.
• Arena y grava: Para proporcionar porosidad.
• Nitrógeno, fósforo y potasio: Nutrientes esenciales para las plantas.
• Plaguicidas y fertilizantes: En cantidades controladas y limitadas.

Alteraciones del Suelo Cultivable

• Erosión: Desgaste del suelo por agentes externos (lluvia, viento, etc.).
• Desertificación: Expansión de las áreas desérticas, a menudo intensificada por la acción del viento.
• Erosión Natural: Proceso natural que puede ser acelerado por la actividad humana (explotación masiva del suelo, tala de árboles, etc.).

Contaminación del Suelo

La contaminación es la alteración de la proporción de sustancias en el medio ambiente. Ejemplo: La explotación forestal excesiva aumenta el porcentaje de tierras estériles.

Conservación del Suelo

• Uso de Plaguicidas: Los plaguicidas son productos químicos sintéticos que se absorben en el suelo y permanecen por mucho tiempo. Se debe tener un uso controlado de estos productos.
• Uso de Fertilizantes: Pueden ser productos naturales o sintéticos. El abuso de fertilizantes puede ser perjudicial para los cultivos y el suelo, pudiendo causar eutrofización (crecimiento excesivo de algas en cuerpos de agua debido al exceso de nutrientes).

Formación y Clasificación de los Minerales

Los minerales se forman cuando el oxígeno se combina con otros elementos, formando compuestos como FeO, Na₂O, Al₂O₃, MgO y SiO₂.

Minerales: Sustancias sólidas, formadas por un elemento o un compuesto químico, a través de un proceso natural. Se encuentran en depósitos o yacimientos.

• Minerales Primarios: Corresponden a depósitos originales (ejemplo: pirita).
• Minerales Secundarios: Se forman a partir de reacciones químicas que sufren los minerales primarios (ejemplo: la anglesita se forma a partir de la galena).

Estructura Cristalina de los Minerales

• Sólidos Cristalinos: Partículas agrupadas de forma ordenada y regular en tres dimensiones, formando estructuras geométricas definidas (ejemplo: cuarzo).
• Sólidos Amorfos: Partículas no ordenadas geométricamente (ejemplo: piedra volcánica).

Celda Unidad (Estructura Cristalina)

Ejemplos de sistemas cristalinos:

• Cúbico: Pirita
• Tetragonal: Casiterita
• Trigonal: Siderita
• Hexagonal: Berilo
• Rómbico: Azufre
• Monoclínico: Yeso
• Triclínico: Axinita

Proceso de Obtención del Cobre

Mineral Oxidado

1. Molienda: Trituración del mineral.
2. Lixiviación: Aplicación de ácido sulfúrico (H₂SO₄) para obtener sulfato de cobre (CuSO₄).
3. Extracción por Solventes: Se utilizan solventes para capturar los iones Cu²⁺ y eliminar impurezas como hierro, aluminio y molibdenita.
4. Electroobtención: Se somete a electrólisis, utilizando un ánodo (positivo) de plomo y un cátodo de cobre. El cobre se deposita en el cátodo, obteniendo una lámina con 99.98% de pureza.

Mineral Sulfurad

1. Molienda: Trituración del mineral.
2. Flotación: Se aplican sustancias burbujeantes que hacen subir el cobre y dejan abajo la molibdenita (que se retira posteriormente).
3. Filtración y Secado: Se seca el concentrado de cobre hasta obtener un 5% de humedad.
4. Fundición: Se obtiene cobre blíster (99.5% de pureza).
5. Refinación a Fuego: Se obtiene cobre RAF (99.9% de pureza).
6. Refinación Electrolítica: Se utilizan láminas de cobre conectadas a polos positivo (ánodo) y negativo (cátodo). El cobre se transfiere del ánodo al cátodo, obteniendo cobre con 99.99% de pureza.

Propiedades Físicas de los Minerales

• Dureza: Resistencia que ofrece la superficie lisa de un mineral a ser rayada.
• Fractura: Forma en que se rompe un mineral al ser golpeado (astillosa, irregular, concoidea).
• Exfoliación: Tendencia de un mineral a romperse a lo largo de planos definidos al ser golpeado.

Escala de Mohs (Dureza)

• Muy Blandos:
  • 1: Talco
  • 2: Yeso
• Blandos:
  • 3: Calcita
  • 4: Fluorita
  • 5: Apatito
  • 6: Ortosa
• Duros:
  • 7: Cuarzo
  • 8: Topacio
  • 9: Corindón
• Muy Duros:
  • 10: Diamante

Clasificación Química de los Minerales

• Elementos Nativos: Diamante (C), oro (Au), plata (Ag).
• Sulfuros: Pirita (FeS₂), calcopirita (CuFeS₂), galena (PbS).
• Haluros: Halita (NaCl), fluorita (CaF₂).
• Óxidos e Hidróxidos: Corindón (Al₂O₃), limonita (FeO(OH)).
• Carbonatos: Calcita (CaCO₃), dolomita (CaMg(CO₃)₂).
• Sulfatos, Wolframatos, Molibdatos y Cromatos: Yeso (CaSO₄·2H₂O), wolframita ((Fe,Mn)WO₄), crocoíta (PbCrO₄).
• Fosfatos, Arseniatos y Vanadatos: Turquesa (CuAl₆(PO₄)₄(OH)₈·4H₂O).
• Silicatos: Cuarzo (SiO₂), ópalo (SiO₂·nH₂O), talco (Mg₃Si₄O₁₀(OH)₂).

Minerales Metálicos y No Metálicos en Chile

Distribución de los principales minerales metálicos por región:

• I: Cobre.
• II: Cobre, molibdeno, plata y oro.
• III: Hierro, cobre, molibdeno, plata y oro.
• IV: Hierro, cobre, magnesio, molibdeno, plata y oro.
• V: Cobre, molibdeno, plata y oro.
• Metropolitana: Cobre, molibdeno, plata y oro.
• VI: Cobre, molibdeno, plata y oro.

Minería en Chile

• Estatal: Corporación Nacional del Cobre (CODELCO), con sus divisiones: Codelco Norte, Salvador, Ventanas, Andina y El Teniente.
• Privada: Minera Escondida Ltda., Minera Los Pelambres, Compañía Minera Doña Inés de Collahuasi, entre otras.

CODELCO es el primer productor mundial de cobre y el segundo de molibdeno. Chile también exporta oro, plata, hierro, salitre y yodo. Destacan las industrias del litio y el renio.

Una mena es un mineral con un contenido metálico suficientemente alto para ser comercializado.

Las menas chilenas de cobre, por ejemplo, tienen un contenido de aproximadamente 1.5% de cobre y 0.03% de molibdeno.

Impacto Ambiental de las Actividades Humanas

• Aplicación de Pesticidas: Contaminación del agua y el suelo, causando desequilibrios en los ecosistemas.
• Contaminantes de la Minería: Generación de contaminación atmosférica. En la fundición de minerales sulfurados, se libera azufre, contaminando el aire.
• Eliminación de Basura: Muchos desechos son tóxicos o inertes (permanecen sin alteración por mucho tiempo).
• Desechos Biodegradables: Residuos orgánicos que pueden reutilizarse. La materia orgánica se puede descomponer para producir compost, un abono rico en nitrógeno y fósforo.

Materiales: Clasificación y Propiedades

Los materiales son las sustancias que utilizamos para fabricar objetos. Provienen de materias primas.

• Puros y Simples: Hierro.
• Compuestos: PVC.
• Mezclas Homogéneas: Bronce.
• Mezclas Heterogéneas: Arena.

Origen de los materiales

• Animal, vegetal o mineral.
• Artificial o sintético: Obtenidos a través de cambios físicos y químicos.

Propiedades de los materiales

• Dureza: Resistencia al rayado.
• Elasticidad: Capacidad de deformarse y recuperar su forma original.
• Tenacidad: Resistencia a la fractura.
• Transparencia: Permite el paso de la luz.
• Conductividad Eléctrica: Capacidad de conducir electricidad.
• Flexibilidad: Capacidad de deformarse sin romperse.
• Conductividad Térmica: Capacidad de conducir calor.

Clasificación de los Materiales según sus Propiedades

• Metales:
  • Propiedades Físicas: Conducen calor y electricidad, son dúctiles (forman alambres) y maleables (forman láminas).
  • Propiedades Químicas: Forman óxidos básicos (no ácidos) y cationes.
• Cerámicas: Duros, resistentes a la penetración, alto punto de fusión y malos conductores.
• Poliméricos: Largas cadenas de átomos, malos conductores, pueden ser duros o blandos y elásticos.
• Electrónicos: Formados por no metales, no conducen a baja temperatura, se usan en circuitos integrados, económicos y eficientes.

Efecto del Calor sobre los Materiales

• Conductividad: Capacidad de conducir calor (depende de la estructura interna: conductor o aislante).
• Inflamabilidad: Material que continúa ardiendo después de retirar la fuente de calor.
• Ignífugos: Materiales que se apagan al retirar la fuente de calor.

Reactividad de los Metales

• Frente al Agua: Sodio y potasio reaccionan violentamente (se incendian).
• Frente al Oxígeno: Se oxidan.
• Frente a Ácidos: La mayoría no son afectados.

Metales más reactivos: Potasio y sodio. Metales menos reactivos: Oro y plata.