Geoquímica - Capítulo 2: Clasificación Geoquímica de los Elementos

El comportamiento geoquímico y cosmoquímico de los elementos está controlado por muchos factores, incluyendo el tamaño (radio iónico), características de enlace, volatilidad, comportamiento Redoxy comportamientos complejos. En consecuencia, los elementos pueden ser clasificados en un número de maneras que son usados en la investigación geoquímica. En el transcurso del avance de la geoquímica se han presentado diversas agrupaciones de los elementos por diferentes autores, entre ellos Washington, Goldschmidt, Rankama-Sahama, Szadecsky-Kardoss. (Rivera M. H., 2007, Introducción a la Geoquímica General y Aplicada).

La clasificación más significante es la que desarrolló Victor Moritz Goldschmidt (1923), fundador de la geoquímica moderna, el cual está basado en la afinidad de los elementos para formar varios tipos de compuestos químicos. 

Clasificación de Washington (1920)

1. Metalogénico: Los elementos primariamente forman sulfuros, selénidos, telúridos, arsénidos, antimónidos, brómidos, iódicos, nativos.
2. Petrogénico: Los elementos se presentan en óxidos, silicatos, fluoruros y cloruros.

Clasificación de Goldschmidt (1923)

1. Siderófilos: Son aquellos elementos que tienen afinidad al hierro (Fe), cuyos electrones exteriores (valencia) bajo ciertas condiciones químicas no están disponibles para combinarse con otros elementos, porque su estructura electrónica, en su nivel más externo, no está completamente rellenada, de tal manera que la carga positiva en el núcleo puede ejercer una fuerte atracción sobre los electrones exteriores.
2. Calcófilos: Son aquellos elementos que tienen afinidad con el azufre (S), cuyos electrones están más disponibles, así tienden a formar iones. Tienen potencial de ionización (7,5-10,5 eV) en promedio más alto que los siderófilos, y su comportamiento es diferente por su capacidad a polarizar el átomo de azufre, lo cual favorece la unión covalente entre ellos. Estos elementos están enriquecidos en el manto terrestre (calcósfera).
3. Litófilos: Son aquellos elementos que tienen afinidad al oxígeno (O) y al silicio (Si), cuyos electrones están más disponibles para formar iones. Tienden a formar enlaces iónicos con el oxígeno, como en los numerosos silicatos. Tienen bajo potencial de ionización (3,6eV), lo cual les permite entrar fácilmente en combinación. Estos elementos son los mayores componentes de la corteza terrestre (litosfera).
4. Atmófilos: Son los elementos que conforman la atmósfera. Principalmente los gases inertes o nobles afines al aire que se presentan en estado libre (no combinado) debido a que su capa más externa está rellenada con 8 electrones. Además involucra a otros elementos como O, N, H, etc.

   

   FIG. N°1: Clasificación de Goldschmidt (1923)

5. Biófilos: Literalmente son los elementos afines a la vida, los cuales están concentrados en los organismos vivos (Biosfera). En la corteza, el hierro no es tan abundante en relación con el Al, O y S; en este caso, el Ni y Co son calcófilosy se combinan con el azufre, mientras que el Cr es litófiloy se combina con el oxígeno. Esta tendencia para formar grupos de dos o tres elementos químicos (o más) es un factor de suma importancia en la prospección geoquímica y la geología económica.

FIG. N°2: Clasificación de los elementos Biófilos.

Clasificación de Rankama-Sahama (1950)

1. Sulfófilo: Principalmente sulfúros, teluros, arseniuros, combinaciones intermetálicos, nativos, etc. (Principalmente elementos que realizan enlaces covalentes o metálicos).
2. Oxífilo: Principalmente combinado con (O, F, Cl), óxidos, silicatos, fosfátos, carbonátos, nitrátos, borátos, sulfátos (principalmente elementos que realizan enlaces iónicos).

Clasificación de Szadeczky-Kardoss (1952)

Esta clasificación ha sido modificada entre otras por este autor, el cual distingue nueve familias de elementos:

1. Siderófilos: Elementos que tienen la capa electrónica externa incompleta, con cationes abundantes en las fases metálicas de los meteoritos.
2. Sulfocalcófilos: Elementos de radio iónico grande, se combinan mediante enlaces covalentes o metálicos y son frecuentes en las fases sulfuradas de los meteoritos, en las rocas básicas y en las soluciones hidrotermales.
3. Oxicalcófilos: Elementos de radio iónico mediano, cuya combinación con el oxígeno es relativamente común. Son más abundantes en la litosfera que los elementos del grupo 2.
4. Litófilos: Elementos de valencia invariable y bajo potencial de ionización Cuando este último es alto (por ejemplo, el silicio) forman con el oxígeno, aniones complejos de muy bajo potencial que cristalizan combinados con los cationes de la misma familia. Los cationes de potencial intermedio (Mg, Ca) son más frecuentes en las rocas básicas, en tanto que los cationes de potencial más bajo y los capaces de formar aniones complejos son frecuentes en las rocas ácidas y alcalinas.
5. Pegmatófilos: Elementos de valencia variable y energía de ionización elevada, tienen gran movilidad de allí que ocurren con frecuencia en las pegmatitas.
6. Elementos de transición: Elementos que tienen su penúltimo nivel de energía en proceso de saturación; son abundantes en las rocas básicas, donde remplazan con facilidad al Fe y al Mg.
7. Sedimentófilos: Elementos de potencial de ionización muy elevados formando aniones que se combinan y forman compuestos solubles que cristalizan a baja temperatura, como poseen en parte valencia variable, son compatibles con varias fases.
8. Atmófilos: Elementos químicamente indiferentes que constituyen la atmósfera.
9. Biófilos: Elementos esenciales para el metabolismo celular.

FIG. N°3: Clasificación de Szadeczky-Kardoss (1952)

Clasificación Geoquímica General 

1. Elementos Mayores: Son considerados ser los elementos estructurales de los minerales mayores, típicamente con concentraciones >1%.
2. Elementos Menores: Son los elementos estructurales en importantes minerales menores y/o elementos que sustituye en un alto grado en los minerales mayores (con concentraciones típicamente en el rango 0.1-1%)
3. Elementos Traza: Son aquellos con muy bajas concentraciones y que existen como constituyentes mayores de las fases traza o que sustituye dentro de las fases mayores en un relativamente menor grado (típicamente <0.1%).

Clasificación según tamaño/carga

Un grupo de nomenclatura ha sido desarrollado para clasificar a los elementos en base de su tamaño (radio iónico) y la carga nominal en los minerales comunes. Sobre la base del volumen del coeficiente de partición (D) en los sistemas magmáticos, los elementos pueden ser divididos:

1. Los elementos compatibles: Son aquellos que tanto por su carga como por su radio iónico pueden entrar fácilmente a formar parte de la fase cristalina del manto o del magma. Son elementos con potenciales de ionizaciónencima de 4 son llamados elementos de grandes valencias (También llamados elementos HFSE - High Field Strength Elements).
2. Los elementos incompatibles: Son aquellos que debido a su gran radio iónico o a su alta valencia no entran fácilmente en las fases sólidas cristalinas del manto o en el magma. Son elementos altamente cargado o de radios grandes, aquellos con potencial de ionización casi debajo de 4 son llamados elementos litófilos de ion grande (También llamados elementos LILE - LargeIon Lithophile Elements),

FIG. N°4: Clasificación según el tamaño/carga de los elementos.

Fuente: 

• Mantilla, H. R. (2007). Introducción a la Geoquímica General y Aplicada. Lima: Biblioteca Nacional del Perú No 2007 0220.