DISEÑO COMPENDIADO DEL PROGRAMA DE GEOQUÍMICA. AÑO 2011.

 

1.- Síntesis de metas y objetivos de la materia. 

            La Geoquímica es una disciplina científica perteneciente al grupo que conforman las ciencias de la Tierra, destinada a establecer, desarrollar y aplicar los principios fisicoquímicos que permitan explicar de un modo general el comportamiento de los componentes químicos en los medios naturales. Es intención principal de la cátedra, en este aspecto, desarrollar los objetivos primarios de la geoquímica sobre la base de una estructura edificada con el apoyo permanente de las leyes fundamentales de la física, la química y la matemática, junto con el conocimiento básico de los temas esenciales de la Geología y la Mineralogía, tal cual se presentan en asignaturas como Fundamento de Geología y Mineralogía. En este contexto la cátedra imprime al curso un carácter fundamentalmente formativo. 

            Los objetivos generales y específicos de esta asignatura se refieren al tratamiento de las etapas que componen el ciclo geoquímico de los elementos con el desarrollo de sus diferentes modelos de distribución y características de migración a través y entre las distintas esferas geoquímicas componentes de la Tierra. 


2.- Síntesis de los contenidos de la materia y de las unidades temáticas. 

PROGRAMA ANALITICO 

SEMESTRE I 

1- INTRODUCCION. Definición; objetivos. Disciplinas auxiliares. La Tierra y el sistema solar. Abundancia de los elementos en el Cosmos: ley de Goldschmidt y de Oddo-Harkins. Origen de los elementos. Estabilidad de los nuclidios. Estructura y composición geoquímica de la Tierra: corteza, manto y núcleo. Clasificación geoquímica de los elementos. Ciclo geoquímico. 

2- CRISTALOQUIMICA. Sólidos cristalinos. Tipos de unión: cristales iónicos y covalentes. Tamaño de los iones y número de coordinación. Regla de la relación de los radios. Fuerza de polarización. Energía de retículo cristalino. Potencial iónico. Electronegatividad. Unión metálica y de van der Waals. Isomorfismo; sustitución y polimorfismo. Estructura cristalina de silicatos. 

3- EQUILIBRIO QUIMICO EN SISTEMAS HOMOGENEOS. Ley de acción de masas. Velocidad de una reacción química y constante de equilibrio. Principio de Le Chatelier. Equilibrio químico en sistemas homogéneos: el agua; sus propiedades físicas y químicas; disociación. Concepto de pH. Acidos y bases. Constante de disociación de ácidos y bases débiles. Hidrólisis. Sistemas reguladores. Efecto de ión común. Ejemplos de interés geológico: efecto regulador del agua de mar. 

4- EQUILIBRIO QUIMICO EN SISTEMAS HETEROGENEOS. Sustancias poco solubles. Solubilidad y producto de solubilidad. Soluciones saturadas. Factores que la modifican: temperatura, efecto de ión común, efecto salino, etc. Concepto de fugacidad y actividad. Fuerza iónica. Ejemplos de precipitatos: solubilidad del carbonato de calcio en agua pura y de mar. Condiciones de precipitación de calizas. Formación de toscas. 

5- TERMODINAMICA. Principio de la conservación de la energía: primera ley de la Termodinámica; energía interna y trabajo máximo. Entalpía. Segunda ley de la Termodinámica: irreversibilidad de los procesos espontáneos. Entropía y energía libre. Potencial químico. Condiciones de equilibrio y criterio de transformación espontánea. Relación entre la energía libre y la constante de equilibrio. Tercera ley de la Termodinámica. Ecuación de Clapeyron. Cambios de la constante de equilibrio con la temperatura: ecuación de Van't Hoff. 

6- GEOLOGIA ISOTOPICA. Isótopos estables e inestables. Mecanismos de decaimiento. Principios de datación radimétrica. Métodos radimétricos: rubidio-estroncio; potasio-argón; uranio-plomo y neodimio-samario. Isocronas y errorcronas. Isótopos estables: oxígeno, azufre y carbono. Fraccionamiento. Paleotermometría. Fraccionamiento biogénico. Aplicaciones. 

7- GEOQUIMICA DE ROCAS IGNEAS (I). Clasificación de rocas igneas desde el punto de vista geoquímico. Composición química y mineralógica: minerales félsicos y máficos, esenciales, accesorios y secundarios. Cristalización de magmas: Principio de Reacción de Bowen; series de reacción contínua y discontínua. Propiedades características. Casos particulares. 

8- GEOQUIMICA DE ROCAS IGNEAS (II). Equilibrio de fases. Regla de las fases: concepto de fase y número de componentes; grado de libertad. Regla mineralógica de las fases. Sistema de un componente (agua) y de dos sistemas eutécticos. Sistemas binarios con punto de fusión congruente e incongruente. Sistemas de tres componentes; diagramas triangulares. Eutéctico ternario, mínimos térmicos y líneas cotécticas. Sistemas de cuatro componentes; su representación. Ejemplos de interés geológico: diagramas de cristalización de silicatos componentes de magmas. 

9- GEOQUIMICA DE ROCAS IGNEAS (III). Distribución de elementos mayoritarios y minoritarios. Diagramas de variación. Sistema petrogénico residual. Origen de rocas granitoides. Estadíos finales de cristalización magmática: teoría de formación de aplitas, pegmatitas y depósitos hidrotermales. 

10- GEOQUIMICA DE ROCAS SEDIMENTARIAS (I). Definiciones. Diagrama del ciclo menor. Clasificación geoquímica de sedimentos. Composición química y mineralógica de rocas sedimentarias. Secuencia de alteración: Serie de estabilidad de Goldich. Factores que afectan la estabilidad de los minerales. 

11- GEOQUIMICA DE ROCAS SEDIMENTARIAS (II). Factores fisicoquímicos del proceso sedimentario. Función del pH y aplicación del concepto de potencial iónico. Electroquímica: concepto de oxidación y reducción. Electrodos. Potenciales normales y serie electroquímica de los elementos. Convención de signos. Energía libre y potencial de electrodo. Ecuación de Nernst. Diagramas de Eh-pH. Ejemplos de interés geológico. 

12- GEOQUIMICA DE ROCAS SEDIMENTARIAS (III). Factores fisicoquímicos del proceso sedimentario. Estado coloidal: definiciones y clasificación. Propiedades. Factores de estabilidad. Fenómenos de adsorción. Coagulación y peptización. Intercambio iónico. Procesos de meteorización química: solubilización, hidratación, ataque por ácidos, oxidación e hidrólisis. Meteorización de rocas: ejemplos. Formación de arcillas y suelos lateríticos. 

13- GEOQUIMICA DE ROCAS METAMORFICAS. Definición. Causas del proceso y tipos de metamorfismo. Composicion química y mineralógica de las rocas metamórficas. Diagramas ACF: aplicaciones. Fundamentos fisicoquímicos del metamorfismo: factores termodinámicos y equilibrio de fases. Reacciones acopladas y nociones del principio de las facies. Ejemplos de transformaciones metamórficas. 

14- HIDROSFERA Y ATMOSFERA. Composición del agua de mar y de las aguas terrestres. Balance geoquímico de las sustancias disueltas. Génesis y evolución de los océanos. Ejemplos de evaporitas: evaporacion del agua de mar. Reglas de cristalización de mezclas de sales. Diagrama de Janecke. Composición química de la atmósfera: componentes constantes y variables. Tropósfera, estratósfera e ionósfera. Génesis y evolución de la atmósfera: atmósfera primordial y adiciones y pérdidas atmosféricas. 

15- BIOSFERA. Definición y composición química. Depósitos biogenéticos: caustobiolitos y acaustobiolitos. Origen de la hulla y del petróleo. Composición química. Contenido de elementos minoritarios en depósitos biogénicos. Ciclo geoquí-mico del carbono. 

16- PROSPECCION GEOQUIMICA. Definiciones. Principios básicos; el medio geoquímico; movilidad iónica en diferentes medios. Asociaciones de elementos y dispersiones. Modelos de distribución geoquímica: concepto de umbral y anomalía geoquímica. Dispersión primaria y secundaria. Selección de métodos de prospección: litogeoquímicos, hidrogeoquímicos, biogeoquímicos, y atmosgeoquímicos. Estudios preliminares. Principios generales de la etapa de exploración de reconocimiento y de prospección de detalle. 


SEMESTRE II 

17- GEOQUIMICA ANALITICA (I). Objeto de la geoquímica analítica. Clasificación. Vías del análisis químico. Toma y preparación de la muestra: trituración, pulverización, cuarteo, etc. Ensayos preliminares. Solubilización de sustancias: disolución y disgregación. Tipos de disgregantes y aplicaciones geoquímicas más importantes. 

18- GEOQUIMICA ANALITICA (II). Análisis químico cualitativo. Esquema general de análisis. Marcha sistemática. Identificación de los cationes del primero, segundo y tercer grupo: plata, plomo, mercurio (I), hierro, cobalto, níquel, cobre, manganeso, mercurio (II), aluminio, estaño, zinc y molibdeno. Reacciones generales. 

19- GEOQUIMICA ANALITICA (III). Análisis químico cualitativo. Marcha sistemática. Identificación de los cationes del cuarto y quinto grupo: calcio, estroncio, bario, magnesio, sodio, potasio y amonio. Reacciones generales. 

20- GEOQUIMICA ANALITICA (IV). Análisis químico cualitativo. Identificación de los aniones. Reacciones para la detección de los principales aniones de interés geológico: carbonatos, sulfuros, cloruros, sulfatos, nitratos, fosfatos, silicatos, fluoruros y boratos. 


TRABAJOS PRACTICOS 

SEMESTRE I 

PROBLEMAS 

1- Equilibrio químico en sistemas homogéneos (I). Resolución de problemas numéricos sobre pH, disociación de ácidos y bases débiles y grado de disociación. Cálculo de la constante de equilibrio. Aplicaciones de interés geológico. 

2- Equilibrio químico en sistemas homogéneos (II). Resolución de problemas referentes a soluciones reguladoras y efecto de ión común. Hidrólisis. Aplicaciones de interés geológico. 

3- Equilibrio químico en sistemas heterogéneos. Resolución de problemas de solubilidad y producto de solubilidad. Orden de precipitación. Solubilidad en función de factores fundamentales del medio geológico: pH, temperatura, efecto de ión común y efecto salino. 

4- Estequeometría y factor gravimétrico. Ejercicios relativos a la determinación de las relaciones estequeométricas. Uso del concepto de factor gravimétrico. Su aplicación a la expresión de resultados. 

5- Termodinámica (I). Resolución de problemas numéricos y discusión de temas teóricos fundamentales referentes a la primera ley de la Termodinámica. Entalpía. Calor de reacción y de formación. Cálculos. 

6- Termodinámica (II). Problemas referentes a temas de la segunda ley de la Termodinámica. Entropía y energía libre. Relación de la constante de equilibrio con la energía libre. Entropía de formacion y de reacción. 

7- Geología isotópica. Ejemplos de transmutaciones nucleares. Construcción de isocronas. Cálculos de edades. Determinación de relaciones isotópicas. 

8- Fórmulas químicas minerales. Significado cuantitativo de las fórmulas químicas de los minerales y rocas. Expresión porcentual en elementos y óxidos. 

9- Interpretación de análisis (I). Procedimiento de cálculo de transformación de la composición química elemental o en óxidos a la fórmula de un mineral. 

10- Interpretación de análisis (II). Procedimiento de cálculo para la conversión de la composición porcentual de una roca en su composición mineralógica: desarrollo de normas de rocas igneas, sedimentarias y metamórficas. 

11- Diagramas de variación. Construcción de diferentes diagramas de variación. Manejo de variables: composición química porcentual y composición mineral normativa. Análisis de distintos modelos de variación con tendencias evolutivas. 

12- Equilibrio de fases (I). Aplicaciones de la regla de las fases a sistemas de uno y dos componentes, con ejemplos extraídos fundamentalmente de los procesos de cristalización magmática. Construcción de diagramas de equilibrio. Mezclas eutécticas y soluciones sólidas. 

13- Equilibrio de fases (II). Aplicación de la regla de las fases a sistemas de tres componentes, con ejemplos. Diagramas de equilibrio. Cálculo del grado de libertad y del número de fases. 

14- Electroquímica. Ejercicios referentes al desarrollo de ecuaciones de óxido-reducción. Cálculos de potenciales normales de electrodos y pilas. Problemas referentes al cálculo de las constantes de equilibrio en función de los potenciales normales. Determinación de relaciones de especies oxidadas a reducidas según condiciones del medio geológico. 


SEMESTRE II 

LABORATORIO 

1- Primer grupo de cationes. Separación e identificación de los cationes plata, plomo y mercurio (I). Comportamiento frente a reactivos generales. 

2- Segundo grupo de cationes. Principales reacciones de separación e identificación de los cationes hierro, cobalto, níquel, cobre, manganeso y mercurio (II). 

3- Tercer grupo de cationes. Reacciones generales y de identificación de los cationes aluminio, cinc, estaño y molibdeno. Separaciones. 

4- Cuarto y quinto grupo de cationes. Separación e identificación de los cationes calcio, estroncio, bario, magnesio, sodio, potasio y amonio. Comportamiento frente a reactivos generales. 

5- Identificación de aniones. Caracterización de los principales aniones de interés geológico: carbonatos, sulfuros, cloruros, sulfatos, nitratos, fosfatos, silicatos, fluoruros y boratos. 

6- Análisis químico cualitativo de muestra sólida. Identificación de los componentes catiónicos y aniónicos de una roca. Aplicaciones de reacciones específicas. Ataque de la muestra. 



3.- Requerimientos para aprobar la materia. 

Para aprobar la materia se requiere cumplir con los siguientes requisitos:

  • Cumplir con la asistencia al 80 % de los trabajos prácticos.
  • Cumplir con el 100 % de las clases de trabajos prácticos de problemas (Semestre I).
  • Cumplir con el 100 % de las clases de trabajos prácticos de laboratorio (semestre II).
  • Aprobar los 2 (dos) exámenes parciales correspondientes a los trabajos prácticos del Semestre I.
  • Aprobar una evaluación diaria del tipo de interrogatorio escrito durante el desarrollo de las prácticas del Semestre II.
  • Devolver a la cátedra el material de laboratorio que le fuera entregado con cargo al inicio del Semestre II.
  • Aprobar el examen final.


            Cabe aclarar que ambos exámenes parciales del Semestre I pueden ser recuperados en dos oportunidades cada uno, existiendo en total tres fechas para su aprobación.        Asimismo la cátedra organiza adecuadamente las clases de recuperación de los trabajos prácticos de ambos semestres. 


4.- Metodología de la enseñanza y evaluación. 

            Respondiendo a una línea realista, la metodología aquí propuesta se ajusta a la capacidad real de que dispone la Cátedra para brindar atención al estudiantado. En este sentido el curso se basa en el dictado de clases teóricas convencionales y las correspondientes clases prácticas. 

            A los fines de lograr la máxima eficiencia didáctica, el dictado de tales clases teóricas (lunes y miércoles de 14 a 15:30 hs.) se desarrolla con técnica expositiva abierta, donde se induce la participación del alumnado, pudiendo surgir la discusión y la contestación acerca de los temas expuestos. Además, a los efectos de lograr agilización y mejor organización, a partir de 1989, se ha considerado apropiado entregar previamente a los alumnos, copia de los dibujos, esquemas, gráficos, etc., relacionados con el tema a desarrollar, de modo de evitar su presentacion en el pizarrón o en diapositivas, pues en general esto genera discontinuidad y pérdida de tiempo, a la vez que quita eficiencia a la clase. 

            En promedio el desarrollo total del programa analitico de la materia demanda unas 75 horas de clases teóricas, incluyendo los dos semestres. 

            El programa de trabajos prácticos comprende clases de problemas (Semestre I) y prácticas de laboratorio (Semestre II). En la primera parte resulta indispensable la participación directa y permanente del alumno, ejercitándose en la resolución de problemas numéricos para afianzar y autoelevar los conocimientos adquiridos, juntamente con la respuesta a cuestionarios orientados a la aplicación de principios fundamentales a situaciones o casos problemáticos que reflejan una realidad concreta. Para ello, el curso es dividido en dos comisiones de modo tal que cada grupo así conformado pueda ser asistido con la mayor eficiencia posible, lo que facilita la participación activa de todo el alumnado.


            En clases de trabajos prácticos de laboratorio se brinda al alumno todos los recursos disponibles para que adquiera habilidades experimentales en el empleo de materiales específicos y puedan cumplirse con los objetivos establecidos. A los efectos de una mejor organización y eficiencia en el desarrollo de los mismos se hace entrega al alumnado, al comienzo del curso, de un cajón conteniendo todo el material que necesita para llevar a cabo su trabajo práctico. 

            Importante es destacar que todos los temas comprendidos en el programa de trabajos prácticos son desarrollados previamente en las clases teóricas, de modo tal que el estudiante cuente para preparar los mismos con material didáctico suficiente, conformado también por una guía de trabajos prácticos conteniendo las bases esenciales de los temas que se desarrollan en las clases de problemas y de laboratorio, así como una bibliografía específica y una exposición previa resumida del personal docente auxiliar.


5.- Duración de la materia. 

            La materia está incluída en el régimen de cursada anual, dividida en dos semestres. En el primer semestre se dictan los temas correspondientes a los principios generales de la Geoquímica, y en el segundo semestre, los de Geoquímica analítica, con inclusión de los temas esenciales de la química analítica cualitativa orientados a los materiales geológicos. 

            La responsable de la materia es la Lic. Claudia E. Cavarozzi, Profesora a cargo de la misma, junto con la Lic. Claudia Di Lello, Profesora Adjunta. Los trabajos prácticos están a cargo del MSc Mario Speziale, Jefe de Trabajos Prácticos de la cátedra.

 



6.- Porcentaje de tiempo distribuído en las distintas actividades de la materia en un cronograma que incluya el tipo de encuentros, fechas de evaluaciones y/o (en caso de contemplarse) presentación de trabajos. 

            La realización de los trabajos prácticos insume por cada comisión, no menos de dos horas semanales. Los mismos se distribuyen en catorce clases de problemas (Semestre I), con un 70 % del total del curso práctico, y dos evaluaciones (exámenes parciales), una en la mitad y otra al final del mismo. En el Semestre II se desarrollan cinco clases de trabajos prácticos de laboratorio con una evaluación diaria, que comprenden el 30 % restante del curso total.



7.- Bibliografía esencial y/o materiales para cursar la materia. 

            El alumno cuenta con una Guía de Trabajos Prácticos que contiene la información teórica y práctica requerida para la realización de los trabajos prácticos. 

            Como complemento de las clases teóricas el alumno cuenta con un grupo de gráficos, figuras, tablas, etc. que le facilita enormemente el seguimiento de la exposición del profesor. 

            Para la realización de los trabajos prácticos de laboratorio la cátedra provee al alumno de todo el material necesario. Este material debe ser devuelto al finalizar el curso. 


8.- Bibliografía opcional. 

1- Bard, A.J. (1970). "Equilibrio Químico". Harper y Row Publishers Inc. New York. 

2- Barrow, G.M. (1968). "Química Física". Ed. Reverté. S.A. Barcelona. 

3- Burriel, F.; Lucena, F. y Arribas, S. (1963). "Química Analítica Cualitativa". Paraninfo, Bs.As. 

4- Charlot, G.; Bezier, D. y Gaugin, R. (1954). "Rapid detection of cation". Chemical Publishing Comp. Inc. New York. 

5- Degens, E.T. (1965). "Geochemestry of Sediments: a brief survey". D. Van Nosstrand Comp. Inc. New York. 

6- Ehlers, E.G. (1972). "The interpretation of geological phase diagramas". Freeman. 

7- Faure, G. (1977). "Principles of Isotope Geology". John Wiley and Sons. 

8- Garrels, M.R.(1965). "Minerals, Solutions and Equilibria". Harper and Row, Publishing Inc.N.Y 

9- Gilreath, E. (1960). "Análisis cualitativo". Ed. Del atlántico S.A. Bs. As. 

10- Glasstone, S. (1950). "Elementos de Físico-Química". Ed. Médico-Quirúrgica, Bs. As. 

11- Goldschmidt, V. M. (1954). "Geochemestry". Claredos Press. Oxford. 

12- Hawkes, H.E. y Webb, J.S. (1962). "Chemestry in Mineral Exploration". Harper and Row, Publishers, New York. 

13- King, E. (1959). "Qualitative Analysis and Electrolitic Solutions". Harcourt Brace and World, Inc. New York. 

14- Krauskopf, K. (1967). "Introduction to Geochemestry". Mc-Graw Hill Co. New York. 

15- Mason, B. (1960). "Principios de Geoquímica". Ed. Omega, Barcelona. 

16- Brownlow, A.H. (1979). "Geochemestry". Prentice-Hall, Inc. New York. 

17- O'Nions, R.K. (1979). "Geochemical and Cosmochemical Applications of Nd- Isotope Analysis" An. Rev. Earth Planet. Sc., 7, 11-38. 

18- Rankama, K. y Sahama, G. (1962). "Geoquímica". Aguilar, Madrid. 

19- Ringwood, A.E. (1979). "Origen of the Earth and Moon". Springer-Verlag. 

20- Wood, B.J. y Fraser, D.G.(1978). "Elementary Thermodynamic for Geologist". Oxford Univ. Press. 

21- Palacios, M. y Llambías, E.J.(1978). "Las fuentes termales del Volcán Domuyo, Provincia de Neuquén". VII Congreso Geológico Argentino, Neuquén, 1978, Actas, II:145 - 159. Click aquí para descargar
 





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