Tema 1

-Introducción

-Que es la geoquímica?

Es el estudio de la composición y dinámica de los elementos químicos en la Tierra
determinando la abundancia absoluta y relativa, distribución y migración de los
elementos entre las diferentes partes que conforman la Tierra (hidrosfera, atmosfera,
biosfera y geoesfera) utilizando como principales testimonios de las transformaciones
de los minerales, rocas y componentes de la corteza terrestre, con el propósito de
establecer leyes o principios en las cuales se basa tal distribución.

-Objetivos:

 Distribución de los elementos en el Sistema Solar, Tierra y a una escala
más detallada en rocas, minerales, aguas y gases.
 Determinar las causas de las composiciones químicas observadas.
 Resumir la información en ciclos geoquímicos.
 Estudiar las reacciones químicas en la superficie, en el interior y en el Sistema
Solar.
 Modelizar cuantitativamente procesos geológicos que impliquen reacciones
químicas.
 Reproducir experimentalmente los procesos geológicos que impliquen
reacciones químicas para acotar las variables (P, T, etc) a las que tienen lugar.

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Reserva→ parte del planeta con unas características determinadas y que puede ser
separada físicamente (atmosfera, manto terrestre…)

-Ciclo geoquímico→ tienes lugar en la litosfera, los materiales expulsados por los
volcanes son llevados al espacio, a la vez que llegan rocas extraterrestres a la Tierra
(meteoritos). Migración de los elementos químicos en la parte más externa de la
Tierra; implica la litosfera, la atmosfera, la hidrosfera y la biosfera. Puede ser un
ciclo abierto y no tiene porque ser completo. Ej: ciclo del C, del agua, del sulfuro.




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Tema 2

-Estabilidad nuclear y abundancia de los elementos químicos:
nucleosíntesis.

A partir de la abundancia de los elementos en el Sistema Solar y de la abundancia de sus
isotopos estables se extrae lo siguiente:

1. De 1700, solo 264 nuclidios son estables.
2. Los nuclidios estables forman la banda de estabilidad, en la cual los nuclidios
tienen Z y N aproximados.
3. La relación N/Z aumenta de 1 a 3 al aumentar el valor de A, aunque hay
excepciones (He).
4. La mayor parte de nuclidios estables son de N y Z par.
5. Los nuclidios inestables se desintegran espontáneamente.
6. La mayor parte de radionuclidios no existen en la naturaleza porque su velocidad
de desintegración es rápida comparada con la edad del Sistema Solar.

2.1-Sistematica nuclear
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Nuclidios→ indican protones y numero de neutrones. Ej: 6C. La carta de nuclidios
proporciona información para explicar la abundancia de los elementos en el Sistema
Solar, hay diferentes tipos de nuclidios:

 Isótopos→ dos átomos del mismo elemento con igual número de protones pero
diferente peso atómico.
 Isótonos→ igual números de neutrones y diferente número de protones (no son
el mismo elemento).
 Isobaros→ igual peso atómico pero diferente número de protones y neutrones
(diferentes elementos).




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En la carta completa de nuclidios, la diagonal son nuclidios estables en la naturaleza, los
que no están en la diagonal no son estables en la naturaleza, se desintegran o son
sintéticos pero no estables.

2.2-Abundancia de los elementos químicos

1. H y He son los más abundantes y Li, Be y B muy poco.
2. La abundancia de los elementos de Z par es mayor que los de Z impar.
3. La abundancia de los elementos químicos decrece al aumentar Z.
4. La abundancia de Fe y Pb es mayor de lo que les correspondería según su Z.

La abundancia de los elementos en el Sistema Solar es la consecuencia de las reacciones
nucleares a partir de las cuales se formaron los elementos y se refleja indirectamente en
la estabilidad de sus isótropos.

2.3-El origen de los elementos químicos: nucleosintesis

El origen de los elementos se relaciona con las estrellas, se forman a partir de las
reacciones nucleares que tienen lugar en ellas y que son origen de la luz que emiten.




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-Solo H y He se sintetizaron en las primeras etapas de expansión del universo.

-Esa teoría se fundó a partir de la abundancia de los elementos en el Sistema Solar.

-La teoría de la nucleosintesis incluye 8 tipos de reacciones nucleares que tienen lugar a
una T determinada en diferentes tipos de estrellas.

Las estrellas de la secuencia principal generan energía por fusión de H para da He→
Hay dos posibilidades de generar He:

1er posibilidad (poco probable ya que consume mucha energía):




2n posibilidad (ciclo carbono, oxígeno y nitrógeno). Es más probable pero solo
puede tener lugar en estrellas de segunda generación (estrellas formadas de polvo
resultante de estrellas anteriores).




Este proceso consume menos
energía que el anterior y el 126C
es estable. El O es 158º y la β es
β+




La teoría incluye 8 tipos de reacciones que se dan a determinadas T° y que se dan en
diferentes estrellas.

Cuando se acaba H en estrellas grandes, tipo gigante roja se produce fusión de He para
dar C a un T° más alta. El proceso se llama triple-α y es poco probable pero forma
elementos más pesados que el He.




4
Otra reacción poco probable:

En este caso es para la
formación de Li que es menos
pesante que el Be


En gigantes rojas a un T° más alta que en el caso anterior, el He puede fusionarse con
núcleos más pesados.




A medida que se forman elementos más pesados la abundancia de estos es menor
porque cuesta más fusionarlos.

56 56
Con este tipo de fusiones se llega a generar 28Ni que se desintegra en 27Co, y este a
su vez a 5626Fe.

En estas etapas finales de las gigantes rojas se forman nuclidios más pesados que el Fe
por bombardeo lento de neutrones (s-process) o por bombardeo rápido (r-process).

Ej del s-process:




Para que ocurra este tipo de proceso, el flujo de neutrones ha de ser lo suficientemente
lento para permitir al nuclidio formado desintegrarse.



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Ej de r-process:

El Cu es con A 65 (6529Cu) y no
con 63



Esto último ocurre en los últimos minutos de la evolución de la gigante roja. Los
nuclidios más pesados pueden formarse por bombardeo de protones (p-process).

Ej de p-process:




La teoría de la nucleosintesis explica la abundancia de los elementos en el Sol y en otras
estrellas próximas.


Tema 3

Comportamiento de los elementos químicos en sistemas
silicatados sólidos y fundidos, y sistemas acuosos.

3.1 Conceptos

-Donantes de electrones (metálicos, electropositivos)

-Aceptadores de electrones (no metálicos, electronegativos)

El carácter metálico o no, puede medirse mediante la electronegatividad. Esta propiedad
varia de forma regular (aumenta de I a D y de arriba abajo).

Cuando un elemento cede un e- se transforma en catión (+), y si aceptan un e - en anión
(-).

Cuando cationes y aniones se aproximan forman n enlace electroestático o iónico.
Cuando dos elementos con un carácter metálico y no metálico se aproximan, sus
electrones no se transfieren, sino que se comparten formando un enlace covalente. Pero
ni la transferencia de electrones, ni la compartición de electrones suele ser completa, o


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lo que es lo mismo, los enlaces rara vez son ideales y esta desviación se mide a partir de
carácter iónico o covalente del enlace.

Para medir el carácter iónico de un elemento se utilizan tres parámetros:

-Primer potencial de ionización

-Electronegatividad

-Potencial del electrodo estándar

Los gráficos siguientes indican como varían los dos primeros parámetros del numero
atómico para cada periodo. El carácter iónico o covalente de un enlace también es
función de la diferencia de electronegatividad (Ax) de los elementos que enlazan.




Ej: El enlace C2+ y CO2- se destruye cuando disolvemos CaCO3 en agua, pero no ocurre
así con el enlace C-O.

La explicación se encuentra en el tipo de enlace de H2O. La molécula de H2O no es
simétrica y además el enlace H-O es solo 60% covalente: como O tiene
electronegatividad más alta que el H, atrae hacia si parte de los electrones que comparte
con el H, de manera que hay una ϐ- de un lado de la molécula y del otro una ϐ+. Es
decir, la molécula de agua es dipolar.




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 Debido al carácter dipolar de la molécula
de H2O esta es atraída por la superficie
de los cristales iónicos (CaCO3). Lo que
debilita el enlace entre Ca2+ y CO3-, pero
...