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Bernal y Raislback
236
Introducción a la Tabla Periódica de los Elementos y sus Iones
para Ciencias de la Tierra
Juan Pablo Bernal1,*
y L. Bruce Railsback2
1
Instituto de Geología, Universidad Nacional Autónoma de México,
Ciudad Universitaria, 04510 Cuidad de México, México.
3
Department of Geology, University of Georgia,
Athens, Georgia 30602-2501, EE. UU.
* jpbernal@geologia.unam.mx
RESUMEN
En el presente artículo se muestran los principios y ventajas que ofrece la Tabla Periódica de los
Elementos y sus Iones para Ciencias de la Tierra, originalmente publicada en Railsback, L.B., 2003,
An Earth scientist’s periodic table of the elements and their ions, Geology, 31(9): 737-740. A diferencia
de la tabla periódica convencional, en donde únicamente se considera a los elementos en estado de
oxidación cero, la Tabla Periódica de los Elementos y sus Iones acomoda a las especies de acuerdo a
los estados de oxidación posibles en la naturaleza. Esto implica el reacomodo de algunas especies así
como la aparición de algunos elementos en diversas posiciones.
La clasificación de las especies de acuerdo a su estado de oxidación permite que las características
intrínsecas de cada ión, polarizabilidad y potencial iónico (ϕ), pongan en evidencia algunas tendencias
biogeoquímicas previamente elucidadas de manera semiempírica. A partir de la polarizabilidad es posible
establecer patrones de reactividad y compatibilidad de los iones, mientras que el potencial iónico permite
evidenciar tendencias en el comportamiento de los iones bajo diferentes condiciones de diferenciación
geoquímica. Se muestra que la interacción de los diferentes iones con el ión óxido (O2-
), modulada por el
potencial iónico del catión, juega un papel fundamental en la mayoría de los procesos de diferenciación
geoquímica, incluyendo hidrogeoquímica, intemperismo, petrogénesis ígnea, entre otros. Debido al amplio
rango de aplicaciones, la Tabla Periódica de los Elementos y sus Iones tiene el potencial de convertirse
en una herramienta de vital importancia para el estudioso en Ciencias de la Tierra.
Palabras Clave: elementos, iones, tabla periódica, polarizabilidad, potencial iónico, clasificación.
ABSTRACT
This paper presents the basic principles behind “An Earth Scientist’s Periodic Table of the Elements
and Their Ions”, originally published in Railsback, L.B., 2003, An Earth scientist’s periodic table of the
elements and their ions, Geology, 31(9): 737-740. In contrast to Mendelejeff’s periodic table, where
all elements are classified according to their ground state (or oxidation state = 0), the Periodic Table
of the Elements and Their Ions, classifies elements and ions according to their natural oxidation state.
Consequently, some elements are displayed in several positions within the table, and some others have
been relocated.
The classification of the ions according to their oxidation state allows the visualization of trends
based upon intrinsic characteristics of each ion (such as polarizability and ionic potential) that evidence the
biogeochemical behavior of the elements and their ions. Many of those trends were only semi-empirically
inferred until now. Reaction paths for different ions are deducted from their polarizability, whereas the
ionic potential allows to infer the behavior of the ions under diverse geochemical differentiation processes.
Revista Mexicana de Ciencias Geológicas, v. 25, núm. 2, 2008, p. 236-246
La Tabla Periódica de los Elementos y sus Iones para Ciencias de la Tierra 237
INTRODUCCIÓN
La Tabla periódica de los elementos propuesta por
Mendelejeff (1869) ha probado ser una herramienta de gran
utilidad para predecir las propiedades químicas y físicas
de los elementos, incluso de aquellos que no existen de
manera natural en la Tierra. A pesar de diversos esfuerzos
recientes por mejorarla, la clasificación de los elementos
propuesta por Mendelejeff hace casi 150 años sigue siendo
parte fundamental de la instrucción química básica. Sin
embargo, desde el punto de vista geoquímico, la tabla
periódica tradicional presenta una serie de limitaciones
que surgen, principalmente, del hecho de que describe
las propiedades físicas y químicas de los elementos en su
estado basal (o estado de oxidación = 0). Sin embargo,
la mayoría de los elementos en la naturaleza ocurren con
un estado de oxidación diferente de cero. Un ejemplo de
esto son los metales alcalinos, tales como Li, Na, K y Rb;
la tabla periódica tradicional permite establecer con gran
precisión sus propiedades físicas y químicas, sin embargo,
en ambientes naturales, siempre se encontrarán formando
cationes univalentes, con propiedades químicas y físicas
significativamente diferentes de sus análogos metálicos.
Por ejemplo, los metales alcalinos en estado basal son
altamente incompatibles con el agua, mientras que los io-
nes correspondientes son altamente compatibles con ésta.
Al y Si son otros ejemplos de elementos que muestran un
comportamiento contrastante al de sus iones; mientras que
Si4+
y Al3+
se encuentran entre los iones más abundantes en
la corteza terrestre (McDonough y Sun, 1995), las especies
elementales son muy poco comunes, pero no inexistentes.
Aunado a lo anterior, varios elementos presentan más de un
estado de oxidación de manera natural, y las propiedades
geoquímicas de cada uno de ellos no pueden ser explicadas
utilizando la clasificación periódica de Mendelejeff.
En virtud de lo anterior, recientemente se ha propuesto
una clasificación de los elementos y sus iones, que permite
entender su comportamiento y asociaciones geoquímicas
(Railsback, 2003), así como establecer las bases para la
mineralogía sistemática (Railsback, 2005). De manera
general, esta clasificación está basada en la estabilidad de
los enlaces formados por los ácidos duros y blandos con
los iones O2-
y S2-
(bases dura y blanda, respectivamente),
así como en la densidad de carga de los diferentes cationes
(potencial iónico), lo cual tiene implicaciones directas en
el carácter del enlace formado con el ión O2-
. Lo anterior
implica que la interacción de los diferentes cationes con el
oxígeno regula gran parte de los procesos de diferenciación
geoquímica.
A diferencia de la tabla periódica de los elementos
de Mendelejeff, la nueva clasificación permite explicar
tendencias y agrupaciones de elementos y iones previa-
mente observados de manera empírica en diversos ramos
de la geoquímica. Como resultado se tiene una herramienta
integral que puede aplicarse al entendimiento de diversos
procesos geoquímicos, desde la diferenciación elemental
en el manto de la Tierra, hasta procesos de intemperismo,
hidrogeoquímica y mineralogía.
De esta manera, el presente artículo pretende difundir
entre la audiencia geológica de habla española las ventajas
que ofrece la clasificación de Railsback (2003) para facili-
tar la comprensión de las propiedades geoquímicas de los
elementos y sus iones.
PRINCIPIOS PARA LA CLASIFICACIÓN
La Tabla Periódica de los Elementos y sus Iones ha
sido organizada de acuerdo con la dureza o blandura de los
iones. Se entiende como un ión duro aquel que posee una
alta densidad de carga positiva alrededor del núcleo atómico
y un radio iónico pequeño, por lo que la nube electrónica
(carga negativa) alrededor del núcleo es poco deformable
ante la influencia de un campo eléctrico externo (Figura
1a). Por otro lado, un ión blando posee una baja densidad
de carga positiva alrededor del núcleo y es relativamente
grande, de manera que la nube electrónica es fácilmente
deformable ante la influencia de campos eléctricos externos
(Figura 1b). Los términos “duro” y “blando” provienen de
la teoría de ácidos y bases duros y blandos propuesta por
Pearson (1963), la cual establece, de manera cualitativa, que
cationes metálicos con alta carga y radio iónico pequeño
(ácidos duros o tipo “A”), tienen la tendencia a asociarse
de manera preferencial con ligantes o aniones pequeños y
poco polarizables (bases duras, p. ej. F-
, O2-
). De manera
contraria, aquellos cationes grandes y de baja densidad de
carga (ácidos blandos o tipo “B”), correspondientes a iones
que poseen electrones en la capa de valencia y que no han
alcanzado su máximo estado de oxidación, tienden a aso-
ciarse preferentemente con ligantes grandes y polarizables
(bases blandas, p. ej. S2-
, Se2-
).
Como regla general, los ácidos duros reaccionan
preferentemente con las bases duras y los ácidos blandos
reaccionan preferentemente con las bases blandas (Cotton
y Wilkinson, 1988), donde la “preferencia” debe entenderse
como mayor velocidad de reacción y mayor conversión al
It is shown that the interaction of different cations with the oxide ion (O2-
) plays a pivotal role in most
processes of geochemical differentiation, such as aqueous geochemistry, weathering, igneous petrogenesis,
among others. Because of the wide range of applications, The Periodic Table of The Elements and Their
Ions is a valuable tool for the earth scientist.
Keywords: Elements, ions, periodic table, polarizability, ionic potential, classification.
Bernal y Raislback
238
Debido a que la polarizabilidad es una variable
dependiente tanto de las características intrínsecas del
ión (p. ej., carga, radio iónico, configuración electrónica,
etc.), como de la magnitud del campo eléctrico impuesto
a éstos, no es posible establecer una escala absoluta de
polarizabilidad de los iones, a diferencia de otros parámetros
como la electronegatividad y el radio iónico. Sin embargo,
es posible encontrar diversos ejemplos que demuestran el
comportamiento periódico e internamente consistente de la
polarizabilidad relativa de los elementos y sus iones (Cruz-
Garritz et al., 1991).
La segunda característica intrínseca de cada ión que
permite identificar tendencias geoquímicas en la tabla pe-
riódica de los elementos y sus iones es el potencial iónico
(ϕ), el cual se define como:
φ =
z
(2)
r
en donde z representa la carga del ión y r el radio iónico. En
general, ϕ puede entenderse como la densidad de carga en el
ión. De esta manera, dos iones con radios iónicos semejantes
pero cargas diferentes tendrán valores de ϕ diferentes, y por
ende diferente densidad de carga (Figura 1 a y c); al igual
que dos iones con la misma carga y radio iónico diferente
tendrán valores distintos de ϕ.
La clasificación de los elementos y iones de Railsback
(2003) no corresponde al primer intento en utilizar el poten-
cial iónico de los iones como factor de clasificación. Victor
Goldschmidt había visualizado un sistema de clasificación
similar (Goldschmidt, 1937), pero no consideró que algunos
elementos podrían aparecer varias veces en dicha clasifica-
ción debido a que presentan estados de oxidación múltiple.
Adiferencia de Goldschmidt, y de manera previa, Cartledge
(1928a; 1928b) propuso una clasificación de elementos y
iones que puede considerarse precursora de la que presenta
Railsback (2003), ya que ésta sí consideraba el estado de
oxidación de los iones en su localización dentro de la tabla
periódica. Por otra parte, en petrología ígnea es común
referirse a algunos elementos relevantes como “Large Ion
equilibrio (Cruz-Garritz et al., 1991).Asimismo, los enlaces
formados entre ácidos y bases con el mismo carácter relati-
vo de dureza son altamente estables y difíciles de romper,
mientras que la interacción entre un ácido y una base con
diferente carácter de dureza es poco estable.
Como todo sistema de clasificación, existen casos
de frontera donde las propiedades de dureza o blandura no
están claramente definidas, tal es el caso de la mayoría de
los elementos de transición, en donde el estado de oxidación
es el factor determinante de la dureza del ión. De manera
general, los ácidos intermedios o de frontera reaccionan
preferentemente con bases blandas o de frontera, aunque el
mismo carácter limítrofe de éstos los hace más proclives a
generar casos “excepcionales”, tal es el caso de la anglesita
(PbSO4), la cual es el producto de un ácido intermedio (Pb2+
),
con una base dura (SO4
2-
).
A pesar de diversos esfuerzos para parametrizar la
dureza de los iones (Yamada yTanaka, 1975; Parr y Pearson,
1983), dichos modelos no han facilitado la conceptualiza-
ción de la propuesta cualitativa de Pearson (1995), por lo
que resulta más sencillo asociar la dureza de los iones con
la polarizabilidad. Ésta se refiere a la tendencia que presenta
la nube electrónica alrededor de un ión a ser distorsionada
por un campo eléctrico externo causado por un dipolo u
otro ión cercano (Cruz-Garritz et al., 1991). Un ión duro
presenta alta densidad de carga positiva cerca del núcleo, por
lo que la nube electrónica alrededor de él no es fácilmente
deformable, es decir es poco polarizable (Figuras 1a, 1c).
Por otro lado, un ión blando se caracteriza por tener baja
densidad de carga positiva cerca del núcleo, por lo que una
carga o campo eléctrico externo puede deformar o polarizar
fácilmente la nube electrónica alrededor de él (Figura 1b)
(Cotton y Wilkinson, 1988). De manera formal, la porali-
zabilidad se define como la relación del momento dipolar
inducido (μi) de un átomo a la intensidad del campo eléctrico
(E) que produce el dipolo αi, de manera que:
αi = μiE (1)
a) b) c)
Figura 1 Modelo conceptual simplificado ilustrando la polarizabilidad de dos cationes y las diferencias en potencial iónico (ϕ). a: Ejemplo de un ácido
duro: catión monocargado y radio iónico pequeño lo que hace que la nube de electrones a su alrededor sea difícil de distorsionar. b: Ácido blando: ión con
radio iónico grande y baja carga, lo que permite que la nube de electrones alrededor del núcleo sea fácilmente distorsionable, es decir el ión es polarizable.
La línea punteada ilustra una posible deformación de la nube electrónica. c: Ión con alto potencial iónico, al poseer el mismo radio que (a), pero mayor
carga (en este caso 3+), lo que se refleja en una mayor densidad de carga.
La Tabla Periódica de los Elementos y sus Iones para Ciencias de la Tierra 239
Lithophile Elements y High Field-Strength Elements” (tam-
bién conocidos como LILE y HFSE, o elementos litófilos
de radio iónico grande y elementos de alto potencial iónico
o alto campo, respectivamente) con afinidades minerales
diametralmente opuestas, y cuya definición está basada,
precisamente, en la relación entre la carga y el radio iónico
correspondiente (Albarede, 2003). La principal diferencia
entre los esfuerzos anteriores y la clasificación de los ele-
mentos y iones de Railsback (2003) es la inclusión del trazo
de contornos de potencial iónico, o contornos equipotencia-
les (Figura 2), que permiten identificar fácilmente grupos
de elementos cuyo comportamiento es similar bajo diversas
condiciones y procesos de diferenciación geoquímica.
Cabe subrayar que la dureza o blandura de un ión
es equivalente a su polarizabilidad, y es función del radio
iónico y del número de electrones que posee en la capa
de valencia. Aquellos iones sin electrones en la capa de
valencia son poco polarizables y, por lo tanto, de mayor
dureza que aquellos de tamaño similar pero que cuentan
con electrones en la capa de valencia. Por otra parte, ϕ se
refiere únicamente a la relación carga/radio del ión, por lo
que dos iones con carga y radios similares tendrán valores
de ϕ similares, lo cual no implica necesariamente que ambos
iones compartan propiedades y/o afinidades geoquímicas.
Los iones Na+
y Cu+
representan un buen ejemplo para
ilustrar lo anterior: ambos cationes poseen radios iónicos
semejantes (0.96 y 0.95 Å, respectivamente) por lo que,
al poseer la misma carga, tienen valores muy similares de
ϕ. Sin embargo, mientras que el Na+
es un ácido duro por
no poseer electrones en la capa de valencia, el Cu+
es un
ácido blando por poseer un electrón en la capa de valencia.
Lo anterior tiene como consecuencia que el Cu+
no pueda
sustituir al Na+
en los feldespatos debido a la incapacidad
del primero para formar enlaces covalentes estables con
O2-
(Ringwood, 1955a). De manera similar, el Tl+
(ácido
blando) no sustituye de manera isomórfica al K+
(acido
duro) en ningún mineral, a pesar de que los radios iónicos de
ambas especies (1.40 y 1.33 Å) permitirían pensar que dicha
sustitución es factible. Cabe mencionar que, a pesar de la
poca difusión de estos principios en las Ciencias de la Tierra,
éstos han sido utilizados previamente para la descripción
de distintos procesos geoquímicos (p.ej., Lasaga y Cygan,
1982; Abbott, 1994; Auboiroux et al., 1998; Tomkins y
Mavrogenes, 2001).
DESCRIPCIÓN DE LA TABLA
La Tabla Periódica de los Elementos y sus Iones para
Ciencias de la Tierra (Figura 3) se encuentra organizada de
acuerdo con la carga de cada una de las especies. La gran
mayoría de las especies aparecen en posiciones similares
que en la tabla periódica convencional. Sin embargo, algu-
nos elementos que típicamente se encuentran en la parte
derecha en una tabla periódica clásica (p. ej., B, C, Si), se
han reubicado hacia la parte izquierda de la tabla como B3+
,
C4+
y Si4+
. Además, como ya se mencionó anteriormente,
algunos elementos aparecen en varias posiciones como
resultado de los diversos estados de oxidación que pueden
presentar. Tal es el caso de P y U que aparecen dos veces,
mientras que V, Fe, C y N lo hacen en tres ocasiones, y S
hasta en cuatro ocasiones (S2-
, Sº, S4+
y S6+
).
La tabla se encuentra separada en diversos bloques
para diferenciar entre gases nobles, ácidos duros o tipo A,
ácidos blandos o tipo B, especies elementales (sin carga) y
aniones (Figura 3). Dicha separación permite racionalizar
la interacción entre las diversas especies, ya que los ácidos
duros reaccionarán preferentemente con las bases duras,
mientras que los ácidos blandos son más compatibles con
bases blandas. Un ejemplo de dicha tendencia es la solubi-
lidad de los haluros de cationes duros y blandos. Como se
puede observar en el recuadro 8 de la Figura 3, la mezcla
de un ácido duro (Mg2+
) con una base dura (F-
), o un ácido
blando (Ag+
) con una base blanda (I-
) produce los haloge-
nuros sólidos más insolubles para los respectivos cationes.
Por el contrario, los productos de un ácido duro con una
base blanda (p. ej., NaI) o un ácido blando con una base dura
(p. ej., AgF) resulta en los halogenuros más solubles de la
serie correspondiente, debido a que el enlace catión-anión
es poco estable. De la misma manera es posible explicar la
inexistencia de sulfuros de Ca2+
, o de otros ácidos duros, y
justificar la existencia de óxidos y sulfatos de dichas espe-
cies. Por otra parte, la existencia de sulfuros minerales de
elementos del grupo del Pt, y no de sus óxidos, representa
un ejemplo del caso contrario.
Otra diferencia importante entre la “Tabla Periódica
de los Elementos y sus Iones para Ciencias de la Tierra” y la
tabla convencional, consiste en la aparición de los elementos
naturales del grupo de los actínidos con los ácidos interme-
dios y duros, de esta manera Th4+
se encuentra por debajo del
Hf4+
, el U4+
por debajo del W4+
(todos intermedios) mientras
que el U6+
se encuentra debajo del W6+
(ambos duros).
Aunque dicho acomodamiento es poco convencional, las
tendencias descritas en las siguientes secciones justifican
dicho arreglo.
La tabla también proporciona información útil como
el nombre del elemento y/o ión, número y masa atómica,
radio iónico, isótopos naturales de cada elemento, así como
rutas de decaimiento radioactivo. Cada elemento y/o ión
está acompañado por una simbología (Figura 4) que per-
mite identificar algunas de las principales características
biogeoquímicas de la especie, lo que ayuda al usuario en
la identificación de tendencias naturales en la distribución
de las especies correspondientes. Asimismo, el tamaño del
símbolo del elemento/ión está escalado a su abundancia en
la corteza terrestre.
PATRONES Y TENDENCIAS EN LA TABLA
Los símbolos asociados a cada elemento y ión (Figura
3 y 4) indican si éstos se encuentran enriquecidos en mi-
Bernal y Raislback
240
z
/r = 1
z
/r = 4
z
/r = 2
= 32 =
z
r
C s 55
m=132.905
133
r=1.69
+
Fr 87
(223)
223
r=1.76
+
137 138
B a 56
m=137.327
130 132
r=1.35
134 135 136
2+
R a 88
(226)
223 224
r=1.40
226 228
2+
z
/
r
=
1
6
?
Ac 89
m=227.03
r=1.18
227 228
?
3+ Pu 94
239
Np 93
237 ?
92
234 235 238
*
r=0.7
m=238.029
U
6+
P a 91
(231)
(+4 r=0.98)
231 234
5+
+
Li 3
m=6.941
6 7
r=0.60
Na 11
m=22.990
23
r=0.95
+
+
R b 37
m=85.468
85 87
r=1.48
+
B e 4
m=9.012
9
r=0.31
2+
S r 38
m=87.62
87 88
84 86
r=1.13
2+
B 5
m=10.811
10 11
r=0.20
3+
C 6
12 13 14
m=12.011
4+
15
r=0.
r=
0.25
Mn7+
Cr 24
m=51.996
50 5253 54
r=0.52
6+
V 23
m=50.942
50 51
r=0.59
5+
96 98 100
Mo 42
m=95.94
92 94 95 97
r=0.62
6+
R e 75
m=186.207
r=0.56
185 187
7+
r=0.68
W 74
180 182 183
184 186
m=183.84
6+
z
/
r
=
1
Si 14
m=28.086
28 29 30
r=0.41
4+
H 1
1 2 3
m=1.0079
r=10-5
+
z
r = 8
/
z
r =
8
/
S c 21
m=44.956
45
r=0.81
(48)
3+
Al 13
m=26.982
27
r=0.50
3+
Fe3+
49 50
Ti 22
m=47.867
46 47 48
r=0.68
4+
Zr 40
m=91.224
90 91
r=0.80
92 94 96 ?
4+
L a 57-
71
170Yb
Ver Abajo
3+
Hf 72
m=178.49
174 176 177
r=0.81
178 179 180
4+
Ta 73
m=180.948
180 181
r=0.73
5+
Th 90
m=232.038
227 228 230
r=0.95
(+3 r=1.14)
231 234
232*
4+
Y 39
m=88.906
89
r=0.93
3+
Nb 41
m=92.906
r=0.70
(96)
93
5+
N 7
m=14.007
14 15
r=0.11
5+
P
m=30.974
31
r=0.34
5
1
5+
S 16
m=32.066
3233 34 36
r=0.29
6+
K 19
m=39.098
39 40 41
r=1.33
Ca 20
m=40.078
40 42 43
44 46 48
2+
r=
0.99
Mg 12
m=24.305
24 25 26
r=0.65
2+
F e2+
Cationes que se
coordinan con
H2O (o CO3
2- o
SO4
2-) en
disolución
Cationes que
se coordinan
con OH- (o
H2O) en
disolución
ión hidrógeno
ión litio ión berilio
ión sodio ión magnesio
ión potasio ión calcio
ión rubidio ión estroncio
ión cesio ión bario
ión francio ión radio
Cationes que se coordinan
con OH- (o O2-) en
disolución
ión boro
Carbón p.ej., CO2,
bicarbonato (HCO3
-)
y carbonato (CO3
2-)
Nitrógeno
p.ej., ión nitrato NO3
-
Cationes que se coordinan
con O2- en disolución, (p.ej.,
NO3
-, PO4
3-, SO4
2-, etc.)
Cationes “duros” o “Tipo A”
(Todos los electrones son removidos de la capa
de valencia y, por lo tanto, poseen configuración
electrónica de gas noble)
Coordinan F>O>N=Cl>Br>I>S
Se coordinan fácilmente con el O de grupos
carboxilos de ligantes orgánicos
(ver recuadros 1-5,7)
ión aluminio como
Al3+ o Al(OH)n3-n
silicato (SiO44-) o
H4SiO4
Fósforo en fosfato
(PO43- o HPO42-)
ión escandio ión titanio ión vanadio
p.ej., vandato
ión ytrio ión circonio ión niobio
ETR
ión hafnio ión tántalo
p.ej., tantalatos
ión actinio ión torio ión protactinio
Carga del ión /
radio iónico
Azufre en
sulfato (SO42-)
ión cromo p.ej.,
cromato (CrO4
2-)
per-
manga-
nato
(MnO4
-
)
Molibdeno en
molibdatos
tungsteno en
tungstatos
ión renio
uranio en uranilo
(UO2
2+
)
Neptunio Plutonio
Ocurrencia
natural muy
limitada
Ocurrencia
natural muy
limitada
z
/
r
=
2
z
/
r
=
4
Figura 2 Sección izquierda de la Tabla Periódica de los Elementos y sus Iones, en la que se ilustra los contornos equipotenciales. Obsérvese como, para
cualquier periodo, ϕ (Ecuación 1) se incrementa de izquierda a derecha. La zona delimitada por los contornos ϕ=4 y ϕ=8 corresponde a aquellos cationes
que forman óxidos minerales presentes en las fases ígneas de alta temperatura, poco solubles en agua y enriquecidos en suelos, sedimentos y nódulos
de hierro-manganeso
Revista Mexicana de Ciencias Geológicas, v. 25, núm. 2, 2008 Bernal y Railsback, Figura 3
N 7
m=14.007
14 15
r=1.71
3–
S 16
323334 36
r=1.84
m=32.066
2–
78 80 82
S e
m=78.96
74 76 77
r=1.98
34
2–
B r 35
m=79.904
79 81 (82)
r=1.95
(7+ r=0.39)
–
Cl 17
m=35.453
35 37
r=1.81
–
C 6
m=12.011
12 13 14
r=2.60
4–
15
m=30.974
r=2.12
3–
P
51
r=2.45
121 123
S b
m=121.760
3–
Fe
Zr
Li
L u
At 85
215 218 219
R n 86
(222)
220 222
218 219
S i 14
m=28.086
r=2.71
4–
He 2
3 4
m=4.0026
r=1.2
Ne 10
20 21 22
m=20.180
r=1.5
Ar 18
36 38 40
m=39.948
r=1.8
K r 36
78 80 82
83 84 86
m=83.80
r=1.9
Xe 54
129 130 131
132 134 136
124 126 128
m=131.29
r=2.1
As 33
m=74.922
75
r=2.22
3–
z
/r = 1
R n 86
(222)
219 220 222
z
/r = 4
z
/r = 2
He 2
m=4.0026
3 4
r=1.2
Ne 10
m=20.180
20 21 22
r=1.5
Ar 18
m=39.948
36 38 40
r=1.8
K r 36
m=83.80
78 80 82
83 84 86
r=1.9
Xe 54
m=131.29
129 130 131
132134 136
124 126 128
r=2.1
= 32 =
z
r
C s 55
m=132.905
133
r=1.69
+
Fr 87
(223)
223
r=1.76
+
137 138
B a 56
m=137.327
130 132
r=1.35
134 135 136
2+
R a 88
(226)
223 224
r=1.40
226 228
2+
z
/
r
=
1
6
?
Ac 89
m=227.03
r=1.18
227 228
?
3+ Pu 94
239
Np 93
237 ?
92
234 235 238
*
r=0.7
m=238.029
U
6+
P a 91
(231)
(+4 r=0.98)
231 234
5+
+
Li 3
m=6.941
6 7
r=0.60
Na 11
m=22.990
23
r=0.95
+
+
R b 37
m=85.468
85 87
r=1.48
+
B e 4
m=9.012
9
r=0.31
2+
S r 38
m=87.62
87 88
84 86
r=1.13
2+
B 5
m=10.811
10 11
r=0.20
3+
C 6
12 13 14
m=12.011
4+
15
r=0.
r=
0.25
Mn7+
Cr 24
m=51.996
50 5253 54
r=0.52
6+
V 23
m=50.942
50 51
r=0.59
5+
96 98 100
Mo 42
m=95.94
92 94 95 97
r=0.62
6+
R e 75
m=186.207
r=0.56
185 187
7+
r=0.68
W 74
180 182 183
184 186
m=183.84
6+
Tc 43
(100)
99
z r
/
= 4
z/r = 16
Po
210 211 212
216 218
214 215
84
z
r
/ = 8
3+ r= 0.64
Mn 25
4+ r=0.53
3,4+
Fe 26
r=0.64
3+
Co 27
r=0.63
3+ S n 50
r=0.71
4+
Sn 50
m=118.710
112114 115116
r=1.12
120 122 124
117 118 119
2+
102 104
R u 44
m=101.07
96 98 99
3+ r=0.69
4+ r=0.67
100 101
3,4+ Pd 46
m=106.42
102 104 105
106108110
r=0.86
2+
R e 75
m=186.207
185 187
r=0.65
4+
212 214
Pb 82
m=207.2
204 206 207
r=1.20
208 210 211
2+
Pb 82
r=0.84
4+
Bi 83
m=208.980
r=1.20
212 214 215
209 210 211
3+
Bi 83
r=0.74
5+
r=0.61
V 23
4+
z
/
r
=
8
As 33
r=0.47
5+
As 33
m=74.922
75
r=0.69
3+
r=0.62
S b 51
5+
Sb 51
m=121.760
r=0.90
121 123
3+
S 16
r=0.37
4+
S e 34
r=0.42
6+
78 80 82
Se 34
m=78.96
74 76 77
r=0.50
4+
52
r=0.56
Te6+
128 130
52
m=127.60
120 122 123
r=0.89
124 125 126
Te4+ 53
r=0.44
I5+
m=126.904
176Hf
?
Pm 61
(150)
?
z/r = 2
138Ba
z
/
r =
4
z
/
r
=
2
z
/
r
=
1
L a 57
m=138.906
r=1.15
138 139
3+
142
Ce 58
m=140.116
136 138 140
r=1.11
3+
148 150
Nd 60
m=144.24
142 143 144
r=1.08
146 145
?
3+
E u 63
m=151.964
151 153
r=1.03
3+
G d 64
m=157.25
152 154 155
r=1.02
158 160
156 157
3+
Tb 65
m=158.925
r=1.00
159
3+
Dy 66
m=162.50
156 158
r=0.99
163 164
160 161 162
3+
Ho 67
m=164.930
165
r=0.97
3+
E r 68
m=167.26
162 164 166
r=0.96
167 168 170
3+
Tm 69
m=168.934
169
r=0.95
3+ Yb 70
m=173.04
168 170 171
r=0.94
(2+ r= 1.13)
174 176
172 173
3+
Lu 71
m=174.967
175 176
r=0.93
3+
Pr 59
m=140.908
141
r=1.09
(4+ r=0.92)
3+
r=1.01
Ce 58
4+
152 154
S m 62
m=150.36
144 147 148
r=1.04
149 150
3+
E u 63
r=1.12
2+
C
6
r=0.77
S
16
S i
14
r=1.34
S e
34
r=1.6
C d
48
r=1.56
In
49
r=1.66
52
Te
r=1.7
R e
75
r=1.37
Ta
73
r=1.46
2
N
7
r=0.71
O
8
2
B i
83
r=1.82
Pb
82
r=1.75
Cr
24
r=1.27
Co
27
r=1.25
Ni
28
r=1.24
Fe
26
r=1.26
P d
46
r=1.37
R h
45
r=1.34
R u
44
r=1.34
Os
76
r=1.35
Ir
77
r=1.35
Zn
30
r=1.39
Al
13
r=1.43
As
33
r=1.48
S b
51
r=1.61
S n
50
r=1.58
Au
79
r=1.44
Ag
47
r=1.44
P t
78
r=1.38
Cu
29
r=1.28
Hg
80
r=1.60
Tl
81
r=1.71
1Å
Li N
R b O2–
H+
Si 14
m=28.086
28 29 30
r=0.41
4+
V 23
m=50.942
50 51
r=0.74
3+
C r 24
m=51.996
50 5253 54
r=0.69
3+
54 56 57 58
La3+
Ba2+
Hf4+
Cs
+
Y3+
S r 2+
Zr4+
Nb5+
R b
+
Ca2+
Ti4+
V5+
K
+
Al
Mg
2+
S i4+
P5+
Na
+
B3+
Be2+
C4+
Li
+
3+
251
240
160
254
198 38
210 216
115
87
71
3
145
152*
175
38 71
210
200
150
1
0
0
50
z
/
r
=
1
z
/
r
=
1
z / r
=
4
C d 48
114 116
111 112 113
r=0.97
106 108 110
m=112.411
2+
In 49
m=114.818
1+ r=1.32
113 115
3+ r=0.81
1,3+
Au 79
m=196.967
r=1.37
197
(3+ r=0.85)
+ Tl 81
m=204.383
r=1.40
207 208 210
203 205 206
+
Tl 81
r=0.95
3+
202 204 206
Hg 80
m=200.59
196 198 199
r=1.19
200 201
+
Ag 47
m=107.868
r=1.26
107 109
+
+
63 65
Cu 29
m=63.546
r=0.96
Ti 22
r=0.90
2+
C r 24
r=0.90
2+
H 1
1 2 3
m=1.0079
r=10-5
+
Ni 28
r=0.73
3+
61 62 64
Ni 28
m=58.693
58 60
r=0.72
2+
r=0.62
Ga 31
m=69.723
69 71
(1+ r=1.13)
3+
70 72
73 74 76
Ge 32
m=72.61
(2+ r=0.93)
r=0.53
4+
H 1
m=1.0079
1 2 3
r=2.08
–
O 8
m=15.999
16 17 18
r=1.40
2–
Hg 80
r=1.10
2+
z
r = 8
/
z
r =
8
/
z
/r =
4
z
/
r
=
2
Cr
Mn
2+
Fe
3+
Fe2+
Co
2+
Ni
2+
Cu+
Zn
2+
S n
4+
Pb
2+
Bi
3+
2603
2054 1652
1838
2078 2228 1509
2242
1903
1098
1170
S b
928
As
547
Cd
2+
>1773
Cu
2+
1719
Ga3+
2079
Ge
4+
1388
Ag
~473(d)
+
Tl
852
+
Tl
3+
1107
S n
2+
1353(d)
Hg
2+
773(d)
Au+
2400
2000
1600
1
2
0
0
8
0
0
Co
3+
1168
V
4+
2240
Mn
3+
1353
As
5+
588
In
3+
2185
Pd
2+
1023
R h
2+
1373(
Mo
4+
1373(d)
W
4+
~1773(d)
R e
4+
1173(d)
Pt2+
598(d)
Au3+
423(d)
Hg+
373(d)
3+
1600
2000
Ir 3+
1273
1200
3+ 3+
4
0
0
S c 21
m=44.956
45
r=0.81
(48)
3+
Al 13
m=26.982
27
r=0.50
3+
Fe3+
49 50
Ti 22
m=47.867
46 47 48
r=0.68
4+
Zr 40
m=91.224
90 91
r=0.80
92 94 96 ?
4+
L a 57-
71
170Yb
Ver Abajo
3+
Hf 72
m=178.49
174 176 177
r=0.81
178 179 180
4+
Ta 73
m=180.948
180 181
r=0.73
5+
Th 90
m=232.038
227 228 230
r=0.95
(+3 r=1.14)
231 234
232*
4+
92
r=0.97
U
4+
74
m=183.84
180 182 183
r=0.64
184 186
W
4+
190 192
Os 76
m=190.23
184 186
r=0.69
187 188 189
4+
Ir 77
m=192.217
r=0.66
191 193
4+
97 98 100
42
m=95.94
92 94 95 96
r=0.68
Mo4+
Ti 22
r=0.75
3+
128 130
52
m=127.60
120 122 123
r=2.21
124 125 126
Te2–
B i 83
m=208.980
2–
Y 39
m=88.906
89
r=0.93
3+
Nb 41
m=92.906
r=0.70
(96)
93
5+ R h 45
m=102.906
r=0.86
103
2+
Pt 78
m=195.078
190 192 193
r=0.96
196 198
194 195
?
2+
r
/
=
1
2
–
z r
/
=
1
–
z
r
/
=
2
–
F 9
m=18.998
19
r=1.36
–
La3+
Hf4+
Ta5+
W6+
Y 3+
S r2+
Zr 4+
Nb5+
Mo6+
Ca2+
Ti4+
V5+
K
+
Cr6+
Al
Mg
2+
S i4+
P5+
Na
+
S6+
B 3+
Be2+
C4+
N5+
Li
+
Th4+
3+
4.4
–7.4 2.77
9.9
–2.4 –8.1 –3.9 –1.37
14.0
1.4
S c
3+
–9.7 –7.6
R b
+
28.9
4.3
Ba2+
6.7
–9.7
La3+
Hf4+
Ta5+
W6+
Y 3+
S r2+
Zr 4+
Nb5+
Mo6+
Ti4+
V 5+
Cr6+
Al S i4+
P5+
S6+
B 3+
Be2+
C4+
N5+
Li
+
Th4+
3+
9
Mg2+
Na
+
5.5-6
7.5-8 9 7
3-3.5
5.5
3-4
7
6
Ca2+
K
+
3.5
6.5
>9
8.5
7
5.5
H
=
4
H
=
4
H
=
6
H
=
8
H
=
6
*
6.5
3
0
0
0
La3+
Ba2+
Hf4+
Ta5+
Cs
+
W6+
Y3+
S r2+ Zr 4+
Nb5+
R b
+
Mo6+
S c3+
Ca2+ Ti4+
V5+
K
+
Cr6+
Al
Mg2+
S i4+
P5+
Na
+
S6+
B 3+
Be2+
C4+
N5+
Li
+
Th4+
1700
1193
2681 723 216
3125
1996 855 290
3200
2103 943
2+
-----
3+
3+
-----
-----
673 2938 3123 1785 1074
2286 2580
2
5
0
0
3173 2058 1745
3493
2
5
0
0
20
00
1000
500
30
00
2
0
0
0
15
00
15
00
E n
Ti
Ab
Fo
Di
Ksp
An
Q
Il
Cr
Ab
3+
An
Ti4+
2103
Bi
v. 4.7g01c
F –
Cl–
Br–
I– HgI2
100
1
10-2
10-4
10-6
10-8
NaBr
NaI
AgF
MgBr2
MgI2
HgBr2
HgCl2
(AgCl)
(AgBr)
(AgI)
(MgF2)
(NaF)
(NaCl)
MgCl2
I 53
r=2.16
(7+ r=0.50)
(124) 127
(128) (130)
m=126.904
–
z
r
Ge 54
m=72.59
2 3 4
r=1.05
-
+
E C,
3+
MgAlBO4
Me2+CO3
KNO3
S i4+
P5+
S6+
B3+
C4+
N5+
NaNO3
Fe 26
m=55.845
r=0.76
2+
N 7
m=14.007
14 15
r=0.11
5+
P
m=30.974
31
r=0.34
5
1
5+
S 16
m=32.066
3233 34 36
r=0.29
6+
K 19
m=39.098
39 40 41
r=1.33
Ca 20
m=40.078
40 42 43
44 46 48
2+
r=
0.99
Mg 12
m=24.305
24 25 26
r=0.65
2+
F e2+
55
Mn 25
m=54.938
r=0.80
2+
59
Co 27
m=58.933
r=0.74
2+
r=0.69
Cu 29
2+
Zn 30
m=65.39
64 66
r=0.74
67 68 70
2+
42
Mo2+
Línea sólida para elementos y/o iones que
ocurren de manera natural, línea punteada
para aquellos que rara vez o nunca se
encuentran de manera natural
Símbolo
(ver escala a la derecha)
Nombre
Masa atómica
Isótopos
naturales Radioactivo (itálicas)
Más abundante (negritas)
Radio iónico (r) (Å)
(o radio atómico para la
forma elemental)
Número Atómico
(número de protones)
Procesos de decaimiento
radioactivo
= carga del ión /
radio iónico =
potencial iónico
o densidad de
carga
ión Germanio
Iones menos empobrecidos del manto en la formación de la corteza
Iones enriquecidos en CAIs (inclusiones ricas en Ca y Al en meteoritas)
con respecto a la composición del sistema solar
Iones compatibles con primeras fases en cristalizar en rocas ígneas
Iones compatibles con últimas fases cristalinas en rocas ígneas
debido a su gran tamaño (pincipalmente LILE)
Los 8 solutos más abundantes en agua marina
9° a 16° solutos más abundantes 17° a 22° solutos más abundantes
Soluto más abundante en agua de río (HCO3
-
)
2° a 8° solutos más abundantes en agua de río
Solutos que pueden ser nutrientes limitantes en los océanos
Solutos que son macronutrientes
para plantas terrestres
Solutos que son micronutrientes
para plantas terrestres
Iones escenciales para la nutrición de algunos vertebrados (minerales escenciales)
Iones que pueden ser limitantes para el crecimiento de bacterias
Iones comúnmente enriquecidos en suelos residuales o sedimentos
(símbolo pequeño indica menor certeza)
Iones en nódulos ferromangánicos procedentes del fondo del
océano, enriquecidos con respecto al agua de mar
Cationes que forman minerales de fluoruros simples
Cationes que forman minerales de óxidos simples
Cationes que forman minerales de sulfuros simples
Cationes que forman minerales de bromuros o ioduros
simples
Cationes que forman minerales con base en un oxianión
(p.ej: S6+ en sulfatos, A5+ en arsenatos)
Aniones que forman minerales con K+ y Na+
Aniones que forman minerales con Mg2+
Aniones que forman minerales con Al3+, Ti4+ y Zr4+
Aniones que forman minerales con Si4+
Aniones que forman minerales Cu+
Aniones que forman minerales Ag+
Aniones que forman minerales Au+
Elementos que ocurren de manera nativa en la naturaleza,
reconocidos antiguamente
reconocidos después de 1963)
Elementos que forman aleaciones naturales minerales con Fe
Elementos que forman aleaciones naturales minerales con Cu
Elementos que forman aleaciones naturales minerales con Os
Elementos que forman aleaciones naturales minerales con Pt
Elementos que forman aleaciones naturales minerales con Au
Los 4 constituyentes más abundantes de la atmósfera
5° al 8° más abundantes
( reconocidos a partir de la Edad Media hasta 1862,
Los 10 elementos más abundantes en la corteza terrestre
11° al 20° elementos más abundantes en la corteza terrestre
21° al 30° elementos más abundantes en la corteza terrestre
31° al 40° elementos más abundantes en la corteza terrestre
Elementos considerados como principales constituyentes
del núcleo de la Tierra (Fe>Ni>Co), posiblemente junto con
S y O
Gases Nobles
(no se ionizan)
Posición de
Fe2+ y Fe3+ si
fueran cationes
“duros”
Helio
Neón
Argón
Kriptón
Xenón
Radón
Cationes que se
coordinan con
H2O (o CO3
2- o
SO4
2-) en
disolución
Cationes que
se coordinan
con OH- (o
H2O) en
disolución
ión hidrógeno
ión litio ión berilio
ión sodio ión magnesio
ión potasio ión calcio
ión rubidio ión estroncio
ión cesio ión bario
ión francio ión radio
*Para fines de simplificación, no se
han incluido las series de decaimiento
de 235U-207Pb y 232Th-208Pb
Cationes que se coordinan
con OH- (o O2-) en
disolución
ión boro
Carbón p.ej., CO2,
bicarbonato (HCO3
-)
y carbonato (CO3
2-)
Nitrógeno
p.ej., ión nitrato NO3
-
Cationes que se coordinan
con O2- en disolución, (p.ej.,
NO3
-, PO4
3-, SO4
2-, etc.)
Cationes “duros” o “Tipo A”
(Todos los electrones son removidos de la capa
de valencia y, por lo tanto, poseen configuración
electrónica de gas noble)
Coordinan F>O>N=Cl>Br>I>S
Se coordinan fácilmente con el O de grupos
carboxilos de ligantes orgánicos
(ver recuadros 1-5,7)
ión aluminio como
Al3+
o Al(OH)n
3-n
silicato (SiO44-) o
H4SiO4
Fósforo en fosfato
(PO43- o HPO42-)
ión escandio ión titanio ión vanadio
p.ej., vandato
ión ytrio ión circonio ión niobio
ETR
ión hafnio ión tántalo
p.ej., tantalatos
ión actinio ión torio ión protactinio
Carga del ión /
radio iónico
Azufre en
sulfato (SO42-)
ión cromo p.ej.,
cromato (CrO4
2-)
per-
manga-
nato
(MnO4
-
)
Molibdeno en
molibdatos
tungsteno en
tungstatos
ión renio
uranio en uranilo
(UO22+)
Neptunio Plutonio
Ocurrencia
natural muy
limitada
Ocurrencia
natural muy
limitada
ión titanio
ión titanio
Cationes Intermedios
(poseen algunos electrones en la capa de valencia)
Se pueden coordinar con S u O
ión vanadoso
ión vanadio
ión crómico
ión cromoso
ión manganoso
ión manganeso ión férrico
ión ferroso
ión molibdeno
Tecnecio
Ocurrencia
natural muy
limitada
ión rutenio
Los elementos transuránidos (Z >94) no ocurren
de manera natural
95: Americio 101: Mendelevio
96: Curio 102: Nobelio
97: Berkelio 103: Lawrencio
98: Californio 104: Rutherfordio
99: Einstenio 105: Hahnio (Dubnio)
100: Fermio
ión tungsteno ión renio ión osmio
ión uranio
ión cobáltico
ión cobaltoso
ión niquélico
ión niqueloso
ión cúprico
ión cuproso
ión rodio ión paladio ión plata
Cationes “blandos” o “tipo B”
(Contienen uno o varios electrones en la capa de valencia)
Coordinan I>Br>S>Cl=N>O>F
comúnmente se coordinan con el C de compuestos orgánicos
(p.ej: compuestos organomercurados)
ión iridio ión platino ión oro
ión zinc ión galio
ión cadmio ión indio
ión mercuroso
ión mercúrico
ión teluroso
ión telúrico
Cationes que
se coordinan con O2-, (± H2O) en disolución
ión germanio
ión estánico
azufre
en sulfito (SO3
2-) arsenato (AsO4
3-) selenato (SeO4
2-)
antimoniato telurato
arsenito selenito (SeO3
2-)
ión estanoso ión antimonio
p.ej., antimonitas
ión telurio
p.ej., teluritas
ión iodato (IO3
-)
ión plomboso
ión plúmbico
ión bismutoso
ión bismútico
Polonio
Elementos principales en
meteoritas ferrosas (Fe>>Ni>>Co)
y, junto con S y O, probablemente
los elementos más abundantes en
el núcleo de la tierra
No metales
Elementos en forma nativa
(sin carga)
aparte de los gases nobles
Gases
Cromo Hierro Cobalto Níquel Cobre Zinc
Rutenio Rodio Paladio Plata Cadmio Indio Estaño Antimonio Teluro
Arsénico Selenio
Aluminio Silicio
Carbono
(diamante
o grafito)
Nitrógeno Oxígeno
Azufre
Tántalo Renio Osmio Iridio Platino Oro Mercurio Talio Plomo Bismuto
Aniones que comúnmente se coordinan con H+
(p.ej: CH4, NH3, H2S, H2O, etc.)
Aniones
Ver recuadro 8
Hidrógeno
como hidruros
ión carburo ión nitruro Oxígeno en óxidos ión fluoruro
La mayoria de los carburos y nitruros naturales se
encuentran en meteoritas y fases minerales del manto
La mayoria de los silicuros y fosfuros naturales se
encuentran en meteoritas y fases minerales del manto
ión siliciuro ión fosfuro ión sulfuro ión cloruro
ión arseniuro ión selenuro ión bromuro
ión antimoniuro
ión teluro ión ioduro
ión bismuturo Astatino
Los únicos bismuturos
minerales son de Pd,
Ag, Pt, Au y Pb
Aniones
con
los
que
los
cationes
“duros”
se
coordinan
preferentemente
Intermedios
Aniones
con
los
cuales
los
cationes
“blandos”
se
coordinan
preferentemente
Gases Nobles
(no se ionizan)
Helio
Neón
Argón
Kriptón
Xenón
Radón
Recuadro 1: Incompresibilidad (Ks en GPa)
para óxidos minerales de cationes “duros”
Mineral con un
sólo catión
Cuarzo
Mineral con dos
cationes
Perovskita
No mineral
Bromellita
Crisoberilo
Espinela
Periclasa
Corindón Cuarzo
Cal
Perovskita
Rutilo
Tausonita
La Baddeleyita tiene un
Ks = 95 GPa, sin em-
bargo no corresponde a
la fase más estable de
ZrO2 en condiciones
ambientales. Se mues-
tra el Ks de la fase
estable en condiciones
ambientales
Recuadro 5: Minerales compuestos de oxisales simples
(Minerales de la forma __MOn sin OH o H2O)
(Sinhalita) (p.ej:
calcita) salitre
(Kspar)
(K-S-A)
(Circón)
(Olimpita)
(Berlinita)
Anhidrita
Thenardita
K-S-A =
Kyanita-Sillimanita-
Andalusita
Minerales formados por
cationes con estado de
oxidación 1+ hasta 4+
Minerales
formados por
cationes con
estado de
oxidación 1+ y
2+
Minerales formados
sólo por cationes
con estado de
oxidación 1+
Recuadro 6. Temperaturas de fusión y descomposición (d) de
óxidos minerales de cationes “intermedios” y “suaves”
Paramon-
troseíta
Eskolaíta
Man-
ganosita
Hematita
Wüstita
Tugarinovita
Tenorita
Cuprita
Zincita
Casiterita
Argutita Arsenolita
Monteponita Romarchita Valentinita
Bismita
Masicolita
Avicenita
Montroydita
sin óxidos
estables
Bunsenita
Recuadro 7. Modelo conceptual sobre el comporta-
miento de los óxidos de cationes duros e intermedios
z/r bajo
Enlace catión-
oxígeno débil
z/r intermedio
Enlace catión-
oxígeno
fuerte
z/r alto
Enlaces catión-
oxígeno muy
fuertes, repulsión
entre cationes
Recuadro 8. Solubilidad de haluros de cationes duros y suaves
Mineral
No mineral
Villiaumita
Sellaíta
Clorargyrita
Bromargyrita
Iodargyrita
Halita
Anión:
Solubilidad de haluros de Ag+ ( ), Hg2+2( ),
Na+ ( ), y Mg2+ ( ) en mol/L
Recuadro 2: Dureza de óxidos minerales de cationes “duros”
Bromellita
Crisoberilo
Espinela
Periclasa
Corindón Cuarzo
Cal
Perovskita
Rutilo
Shcherbinaíta
Srilankita
Baddeleyita Molibdita
Tantita
Minerales
de un solo
catión
Cuarzo
Minerales
de dos
cationes
Perovskita
Dureza
(Escala
de Mohs)
* Una fase sintética de TiO2 (no rutilo)
es el óxido de mayor dureza conocido Torianita
Recuadro 3: Comportamiento de cationes “duros” a alta
temperatura
Catión (delineado
para cationes
intermedios)
T de fusión (K)
para óxidos de
cationes “duros”
Los minerales se muestran con
círculos cuyo diámetro es
representativo de la proporción de
cada catión
Minerales de acuerdo a la
temperatura típica de cristalización*:
Cromita
Forsterita
Anortita
Augita
Enstatita
Hornblenda
Ilmenita
Magnetita
Apatito
Titanita (esfena)
Circón
Biotita
Feldespato-K
Albita
Cuarzo
Minerales
ricos
en
Mg-Al-Fe-Ca-Ti
Minerales
ricos
en
Si-Na-K
*El orden de cristalización en un
magma depende de la presión, de las
composiciones del magma y del fluido
Temperatura de fusión (K) de
óxidos simples de cationes
“duros”
Ver también recuadro 6
4+
Recuadro 4: Solubilidad de óxidos minerales de cationes “duros”
Bromellita
Periclasa
Corindón Cuarzo
Cal Rutilo
Shcherbinaíta
Baddeleyita Molibdita
Mineral
Log de la actividad del catión
en agua destilada a 25 °C
La Tabla Periódica de los Elementos y sus Iones para Ciencias de la Tierra
L. Bruce Railsback, Department of Geology, University of Georgia, Athens, Georgia, 30602-2501 U.S.A. (rlsbk@gly.uga.edu).
Traducción por: Juan Pablo Bernal, Instituto de Geología, UNAM (jpbernal@geologia.unam.mx).
Esta tabla fue originalmente publicada por la Geological Society of America en inglés en GEOLOGY, v. 31, p. 737-740, doi: 10.1130/G19542.1 (”An Earth Scientist’s Periodic Table of the Elements and Their Ions”
por L. Bruce Railsback), con apoyo de la United States National Science Foundation, número de contrato 02-03115. La versión 4.7 de la tabla ha sido publicada por la Geological Society of America en inglés
dentro de la serie Maps & Charts, MCH092F, doi: 10.1130/2004AESPT, y puede adquirirse a través de la Geological Society of America.
Elementos de Tierras Raras (ETR)
(iones “duros” o “tipo A” en estado de oxidación 3+)
Lantánidos ión lantano
ión cerio
ión cerio
ión praseodimio ión neodimio ión samario
ión europio
ión europio
(sustituye a Ca2+)
ión gadolinio
ión terbio
ión disprosio
ión holmio
ión erbio
ión tulio
ión yterbio
ión lutecio
Prometio
No existente
en la Tierra
de manera
natural
KAl2S 3O8
i
Al2S O5
i
ZrS O4
i
Na3P 4
O
AlP 4
O
CaS 4
O
Na2S 4
O
d)
(
d)
(
d)
(
d)
(
2345
Fe
Fe Fe
Fe
Cr
Cr
z
d)
Figura 3. La Tabla Periódica de los Elementos y sus Iones para Ciencias de la Tierra. Versión en español en alta resolución disponible en <http://www.gly.uga.edu/railsback/PT.html#AvailabilitySpanish> y como suplemento electrónico (25-1-02) a este artículo en < http://satori.geociencias.unam.mx/RMCG.htm>.
La Tabla Periódica de los Elementos y sus Iones para Ciencias de la Tierra 241
nerales, aguas naturales (dulce y/o marina), suelos, sedi-
mentos, rocas ígneas, el manto, o la atmósfera, o si tienen
un rol preponderante como micronutrientes. Al observar la
tabla (Figura 3) es evidente que los diferentes símbolos se
agrupan de acuerdo a los contornos de potencial iónico, una
tendencia no evidente en la tabla periódica convencional.
Por ejemplo, muchos iones con valores de 3 <ϕ <10 tienden
a formar óxidos minerales, se encuentran enriquecidos en
suelos y nódulos marinos de Fe-Mn, forman parte de fases
minerales con mayor punto de fusión, y se encuentran me-
nos empobrecidos en el manto. Igualmente, dichos iones
forman los óxidos con mayor dureza, menor solubilidad y
menor compresibilidad (Figura 3, recuadros 1-4 y 6). Estas
tendencias son evidenciadas en la nueva tabla periódica
por medio de los contornos de equipotenciales de color
anaranjado.
Por otra parte, aquellos cationes con ϕ <4 forman
fluoruros minerales y son componentes mayoritarios en
agua de ríos y océanos, así mismo en este grupo se inclu-
yen iones que son nutrientes fundamentales para algunos
seres vivos. De manera similar, aquellos cationes con ϕ
>8, son igualmente abundantes en agua de ríos y marina,
y son nutrientes importantes para plantas. Sin embargo, a
diferencia de aquellas especies con bajo potencial iónico,
estos cationes se encuentran formando parte de oxianiones,
tales como sulfatos (S6+
en SO4
2-
), fosfatos (P5+
en PO4
3-
),
nitratos (N5+
en NO3
-
) y arsenatos (As5+
en AsO3
-
), entre
otros.Ambas tendencias pueden ser identificadas en la tabla
por contornos equipotenciales de color azul.
Los contornos equipotenciales se extienden hacia la
zona de los cationes intermedios, comprendida por los iones
de los elementos de transición. La parte superior de esta
sección está comprendida por cationes que poseen valores
de ϕ entre 3 y 8, e igualmente se encuentran enriquecidos
en suelos, forman óxidos minerales, y son parte fundamental
de fases minerales ígneas formadas en las etapas tempranas
de cristalización. En la parte central de esta sección se en-
cuentran los ácidos blandos por excelencia, caracterizados
por poseer valores bajos de ϕ. Entre ellos se encuentran los
iones de los principales metales de acuñación (Cu,Ag, yAu)
denotados por diamantes amarillos que indican su preferen-
cia para formar sulfuros, bromuros y yoduros minerales.
Con excepción de los gases nobles, la única sección
de la Tabla Periódica de los Elementos y sus Iones donde
no se incluyen los contornos equipotenciales corresponde a
los elementos en forma nativa, y que incluye en su mayoría
a los metales acuñables, así como a aquellos componentes
de la atmósfera. La posición relativa de estos elementos se
mantiene idéntica a la de la tabla periódica convencional.
Aun así, es posible trazar contornos agrupando las preferen-
cias de aleación para cada elemento. Por ejemplo, aquellos
elementos que forman aleaciones con Os forman un grupo
discreto en la tabla, mientras que aquellos que se alían con
Fe forman un grupo más grande que se traslapa con aquellos
que forman aleaciones con Cu y Au.
En la parte derecha de la Tabla (Figura 3) se presentan
los aniones, que comprenden tanto a las bases duras como a
las blandas. Los contornos equipotenciales para los aniones
son similares a aquellos de los ácidos duros, sin embargo,
a diferencia de los cationes, no se observan variaciones
drásticas de ϕ, que varía entre -1/2 y -2; debido a que el
aumento en la carga del anión conlleva, a su vez, un aumento
en el radio iónico. Con respecto al comportamiento como
solutos, la simbología permite observar que los aniones con
valores más negativos de ϕ (bases duras), en la parte alta
de la tabla periódica, presentan propiedades similares a sus
análogos ácidos. Por el contrario, la parte baja de la tabla
presenta a los aniones blandos: aquellos con valores de ϕ
más cercanos a cero, y que preferentemente se coordinan con
cationes blandos, formando sulfuros, bromuros, yoduros y
teluros con ácidos blandos como Ag+
y Au+
. Por otra parte,
de derecha a izquierda, o de F-
y Cl-
hasta C4-
y O2-
es la
Iones menos empobrecidos del manto en la formación de la corteza
Iones enriquecidos en CAIs (inclusiones ricas en Ca y Al en meteoritas)
con respecto a la composición del sistema solar
Iones compatibles con primeras fases en cristalizar en rocas ígneas
Iones compatibles con últimas fases cristalinas en rocas ígneas
debido a su gran tamaño (pincipalmente LILE)
Los 8 solutos más abundantes en agua marina
9° a 16° solutos más abundantes 17° a 22° solutos más abundantes
Soluto más abundante en agua de río (HCO3
-)
2° a 8° solutos más abundantes en agua de río
Solutos que pueden ser nutrientes limitantes en los océanos
Solutos que son macronutrientes
para plantas terrestres
Solutos que son micronutrientes
para plantas terrestres
Iones escenciales para la nutrición de algunos vertebrados (minerales escenciales)
Iones que pueden ser limitantes para el crecimiento de bacterias
Iones comúnmente enriquecidos en suelos residuales o sedimentos
(símbolo pequeño indica menor certeza)
Iones en nódulos ferromangánicos procedentes del fondo del
océano, enriquecidos con respecto al agua de mar
Cationes que forman minerales de fluoruros simples
Cationes que forman minerales de óxidos simples
Cationes que forman minerales de sulfuros simples
Cationes que forman minerales de bromuros o ioduros
simples
Cationes que forman minerales con base en un oxianión
(p.ej: S6+ en sulfatos, A5+ en arsenatos)
Aniones que forman minerales con K+ y Na+
Aniones que forman minerales con Mg2+
Aniones que forman minerales con Al3+, Ti4+ y Zr4+
Aniones que forman minerales con Si4+
Aniones que forman minerales Cu+
Aniones que forman minerales Ag+
Aniones que forman minerales Au+
Figura 4. Detalle de la simbología utilizada en la Tabla Periódica de los Elementos y sus Iones para Ciencias de la Tierra.
Bernal y Raislback
242
MoO4
2-
, y solamente liberarán al oxígeno en presencia de
una base más dura (como F-
) o al ser reducidos.
La existencia de óxidos minerales puede ser explicada
de manera similar a la especiación de los cationes en medio
acuoso (Figura 3, recuadro 7). Cationes con valores de ϕ
bajos forman enlaces débiles con el ión óxido, por lo que
no forman óxidos minerales, ni son retenidos en los suelos
como óxidos o hidróxidos; estos cationes se disuelven
fácilmente en agua, lo que los ha convertido en nutrientes
importantes para plantas y algunos otros seres vivos (p. ej.,
Na+
, K+
). La incapacidad que tienen estos iones para formar
enlaces estables con el ión O2-
también implica que estos
cationes sólo son incorporados en las fases minerales de más
baja temperatura (biotita, muscovita, feldespato-K) y, por lo
tanto, en las últimas etapas de cristalización. Por otra parte,
aquellos cationes con valores altos de ϕ (p. ej., P5+
, N5+
, S6+
,
entre otros) forman enlaces extremadamente estables con
el ión óxido; sin embargo, la alta densidad de carga posi-
tiva del catión central ejerce atracción hacia los electrones
del ión O2-
, polarizando efectivamente la distribución de
electrones en el enlace catión-oxígeno hacia el centro del
oxanión, evitando que éste pueda formar enlaces con otro
catión a través del oxígeno y formar la base de una posible
estructura del óxido mineral correspondiente. Lo anterior
tiene como resultado no sólo la ausencia de óxidos minerales
de este tipo de cationes, sino también que estos iones sean
muy solubles en agua y, por lo tanto, abundantes en aguas
naturales (dulces y/o marinas), y que sean considerados
como elementos incompatibles con fases minerales ígneas.
Finalmente, aquellos cationes con ϕ intermedia, 4 <ϕ <10
(p. ej., Si4+
,Al3+
), forman enlaces con oxígeno relativamente
fuertes, sin embargo, la densidad de carga en el centro del
ión no es lo suficientemente alta como para evitar que el
oxígeno pueda formar enlaces con otros cationes. De esta
manera, estos iones pueden formar óxidos e hidróxidos
minerales, e incorporarse a fases minerales ígneas de alta
temperatura que se forman en las etapas tempranas de la
cristalización magmática. Su estabilidad como óxidos y/o
hidróxidos les confiere poca solubilidad en agua y, por ende,
son relativamente poco abundantes en aguas naturales.
El comportamiento de los iones con valores diferentes
de ϕ en solución acuosa tiene también implicaciones en
estudios de petrología ígnea. En particular permite expli-
car porqué los basaltos generados en zonas de subducción
poseen composiciones de elementos traza muy diferentes a
las de aquellos generados en otros ambientes tectónicos. Los
basaltos de arco, por ejemplo, muestran enriquecimientos en
elementos LIL(bajo ϕ), pero concentraciones de elementos
HFS (muy alto ϕ) similares a las observadas en basaltos de
dorsales oceánicas (N-MORB Figura 6). Tales anomalías
son generalmente interpretadas como el resultado de proce-
sos metasomáticos en la cuña del manto, originados por la
deshidratación de diversos minerales de la corteza oceánica
y sedimentos subducidos (p.ej., filosilicatos y anfíboles)
(Tatsumi y Kogiso, 2003). De esta manera los elementos
LIL, al ser solubles en agua, pueden ser transportados ha-
transición de aniones que forman minerales con cationes
duros (por ejemplo K+
y Na+
) hasta aquellos que forman
minerales con cationes duros con valores de ϕ extremos
(p. ej., Al3+
y Si4+
).
LA INTERACCIÓN CATIÓN-O2-
La diferencia entre los cationes de bajo y alto ϕ puede
ilustrarse a partir de la interacción de éstos con el ión O2-
.
Mientras que los iones de bajo ϕ sólo ejercen cierta atrac-
ción electrostática sobre el anión óxido, aquellos cationes
con alto ϕ concentran tal cantidad de carga positiva que
forman enlaces con el oxígeno de alto carácter covalente,
difíciles de romper. Lo anterior adquiere mayor importancia
al considerar que el oxígeno es el elemento más abundante
en la Tierra (McDonough y Sun, 1995), e implica que la
sola interacción catión-oxígeno es el principal regulador de
los procesos de diferenciación geoquímica.
Para ilustrar lo anterior, la interacción entre iones con
diferente valor de ϕ y moléculas de H2O resulta interesante.
De manera general, ϕ se incrementa gradualmente hacia la
derecha en cualquier fila de la parte izquierda de la tabla.
En una solución acuosa, los iones con valores menores de
ϕ (p. ej., Na+
, K+
) solamente logran inclinar ligeramente
el dipolo de las moléculas de H2O hacia el centro de carga
positiva (Figura 5a) (Carrillo-Tripp et al., 2003), mientras
que cationes con valores de ϕ ligeramente mayores (como
Mg2+
y Ca2+
) logran orientar de manera efectiva el dipolo
de las moléculas de H2O alrededor de ellos (Figura 5b)
(Bernal-Uruchurtu y Ortega-Blake, 1995). Aquellos iones
con valores mayores de ϕ (p. ej.,Al3+
) inducen tal atracción
al oxígeno de las moléculas del agua, que generan de manera
casi espontánea reacciones de hidrólisis del tipo:
Al3+
+ 2nH2O ⇔ Al(OH)n
3-n
+ nH3O+
(3)
n = 1 – 5
de tal manera que solamente es posible encontrar aluminio
disuelto no ligado a oxígeno en ambientes muy ácidos,
tales como el drenaje ácido procedente de desechos mine-
ros (p. ej., Cidu et al., 1997), mientras que en ambientes
menos ácidos o neutros el aluminio se encontrará formando
complejos tipo hidróxido, descritos como productos en la
Ecuación 3 (Figura 5c) (Hiradate, 2004). Iones con mayor
potencial iónico (p. ej., C4+
, Si4+
) no existen como tal en so-
lución acuosa, sino que se encuentran siempre coordinados
por el ión óxido o hidróxido, por ejemplo CO3
2-
y Si(OH)4
(Figura 5d) (este último comúnmente representado como
H4SiO4, Krauskopf y Bird, 1995). Finalmente, la interacción
entre cationes con valores extremos de ϕ (p. ej., N5+
, S6+
)
con oxígeno tiene como resultado enlaces altamente cova-
lentes, formando oxianiones muy estables, como NO3
-
y
SO4
2-
(Figura 5e) (Cotton y Wilkinson, 1988). Los cationes
de átomos muy pesados con alta carga (p. ej., U6+
, W6+
y
Mo6+
) también formarán oxianiones como UO2
+2
, WO4
2-
o
La Tabla Periódica de los Elementos y sus Iones para Ciencias de la Tierra 243
z/r = ϕ
1/0.95 = 1.05
2/0.65 = 3.07
3/0.5 = 6.0
4/0.41 = 9.75
5/0.11 = 45
a) Na+
+ H2
O
b) Mg2+
(H2
O)6
c) AlOH2+
+ H3
O+
d) Si(OH)4
e) NO3
-
cia la cuña del manto por los fluidos generados durante la
subducción, mientras que la baja solubilidad en agua de los
HFS (debido a su alto valor de ϕ) evita su movilización, por
lo que es común encontrarlos en fases minerales presentes
en la placa metamorfizada (p. ej., Tiepolo et al., 2000;
Scambelluri et al., 2001). Las disoluciones generadas en
estos procesos, enriquecidas en LILy empobrecidas en HFS,
pueden interactuar con la cuña del manto (Murphy, 2007)
y alterar la abundancia de elementos LIL en los magmas
máficos generados en zonas de arco, dando como resultado
perfiles de elementos similares al que se muestra en la Figura
6, donde los elementos LIL se encuentran enriquecidos con
respecto a N-MORB, al tiempo que los HFS se encuentran
en proporciones similares a los N-MORB.
Figura 5 Modelo conceptual para ilustrar la interacción entre cationes con potencial iónico diferente (ϕ) con moléculas de agua y/o iones óxido. La
representación de los iones no se encuentra escalada a su radio iónico. a: Moléculas de agua parcialmente inclinadas hacia el catión Na. b: Ión Mg2+
rodeado de moléculas de agua orientadas hacia el ión. c: Ión AlOH2+
y H3O+
, productos de la hidrólisis del H2O por el ión Al3+
de acuerdo a la Ecuación
3. d: Estructura del H4SiO4, un ácido débil, que no puede liberar iones OH-
, pero puede perder dos H+
en medios muy alcalinos. e: Ión NO3
-
, en el cual la
atracción generada por el nitrógeno hacia los átomos de oxígeno, impide que se estos últimos formen enlaces estables con H+
.
Bernal y Raislback
244
Cs Rb Ba Th U Nb Ta K La Ce Pb Sr P Nd Zr Hf Sm Eu Ti Y Yb Lu
1
10
100
Muestra
/
N-MORB
LILE
HFSE
A pesar de que la Tabla Periódica de los Elementos y
sus Iones para Ciencias de la Tierra clasifica a las diferentes
especies de acuerdo con su estado de oxidación, es nece-
sario recalcar que esta representación no necesariamente
implica que todos los iones participarán en los procesos de
diferenciación geoquímica como iones libres. Esto es parti-
cularmente cierto para los cationes con alto ϕ, los cuales se
encontrarán en la mayoría de los casos unidos a iones óxido
y/o hidróxido. De manera general, no es posible encontrar
cationes con estado de oxidación >3+ que no estén unidos
a una base dura, típicamente O2-
y/o F-
y/o OH-
(Cotton y
Wilkinson, 1988). La universalidad de este principio es
sorprendente, pues tal comportamiento se observa tanto en
la diferenciación pegmatítica (Ringwood, 1955b), como en
aguas naturales a temperatura ambiente (Brookins, 1988).
VENTAJAS Y LIMITACIONES
La Tabla Periódica de los Elementos y sus Iones
para Ciencias de la Tierra es una herramienta que permite
comprender con mayor facilidad el comportamiento de los
diferentes elementos y sus iones bajo diversas condiciones
de diferenciación. La clasificación que aquí se presenta
no busca aportar conocimientos ni teorías nuevas sobre el
comportamiento de los elementos, sin embargo, permite al
usuario visualizarlos de una manera más sencilla y rápida.
Por ejemplo, previamente se mencionó que el Cu+
no sus-
tituye al Na+
en los feldespatos debido a que estas especies
son ácidos blando y duro, respectivamente. Aunque dicho
comportamiento se encuentra previsto en los principios de
sustitución de Goldschmidt, en particular por el que esta-
blece que la sustitución puede ser nula o limitada a medida
que se incrementa la diferencia de electronegatividad de
los iones en competencia (Faure, 1991), resulta más rápido,
sencillo e ilustrativo identificar dicho comportamiento por
la posición de los respectivos iones en la tabla, ya que de
otra manera es necesario contar con datos de electronega-
tividad para cada ión y elemento. Adicionalmente, el uso
de la Tabla Periódica de los Elementos y sus Iones no sólo
permite evaluar la factibilidad de una posible sustitución
isomórfica rápidamente, sino que también permite extra-
polar dicho comportamiento a elementos y iones vecinos a
través del uso de los contornos equipotenciales.
El uso de ϕ como factor de clasificación y los con-
tornos equipotenciales deben ser utilizados con precaución.
Lo anterior es debido a que el radio iónico y, por lo tanto
ϕ, (Ecuación 2) de cada ion es dependiente del número de
coordinación (NC). Aunque los contornos equipotenciales
en la tabla han sido trazados utilizando el NC más común,
hay algunos elementos que pueden adoptar distintos NC,
siendo elAl3+
, probablemente, el caso más notable. Este ión
puede ocupar de manera indistinta sitos tetraédricos (NC=4)
y octaédricos (NC=6) en la estructura de diversos minera-
Figura 6. Distribución de elementos traza en basaltos de arco provenientes del Cinturón Volcánico Trans-Mexicano (Morán-Zenteno, comunicación per-
sonal) normalizados contra N-MORB (Sun y McDonough, 1989). Nótese como los elementos LIL se encuentran marcadamente enriquecidos, mientras
que los elementos HFS se encuentran en proporciones similares a N-MORB. El enriquecimiento aparente del Th es resultado de la baja concentración de
este elemento tanto en la muestra como en N-MORB, y de la incertidumbre asociada a ambos valores. Un análisis de propagación de errores demuestra
que Thmuestra/ThN-MORB = 4.87 ± 4.15.
La Tabla Periódica de los Elementos y sus Iones para Ciencias de la Tierra 245
les, por ejemplo las arcillas (Moore y Reynolds, 1997), lo
que implica que dentro de la estructura de un mineral, los
iones Al3+
pueden presentar dos radios iónicos diferentes
(0.39 y 0.535 Å, respectivamente; Shannon, 1976), y por
ende valores distintos de ϕ (7.69 y 5.60, respectivamente),
dependiendo del sitio en la estructura que ocupen. Aunque
lo anterior podría sugerir comportamientos diferentes para
ambos tipos de Al3+
, los valores de ϕ se encuentran dentro
del rango delimitado por los dos contornos equipotenciales
de color naranja en la Figura 3 (z/r =4 y z/r = 8), por lo que
considerar al NC = 6 como el más común para el Al3+
, tan
sólo resultaría en un ligero desplazamiento del contorno
equipotencial z/r = 8 hacia el centro de la tabla, más no
indicaría un comportamiento geoquímico diferente para el
Al3+
al que se presenta en la tabla. Conclusiones similares
pueden obtenerse de otros iones con comportamiento similar
al Al3+
, tales como Fe3+
y Mg2+
, entre otros.
CONCLUSIONES
La clasificación de los iones de acuerdo a sus posibles
estados de oxidación en la naturaleza evidencia tendencias
que permiten sistematizar el comportamiento de los ele-
mentos y sus iones ante diversos procesos de diferenciación
geoquímica. Dichas tendencias habían sido ya evidenciadas
de manera semiempírica en la clasificación de los elementos
de Victor Goldschmidt (Goldschmidt, 1937; Goldschmidt y
Muir, 1954) y de otros autores (Cartledge, 1928a; Cartledge,
1928b; Ringwood, 1955a). Asimismo, la clasificación evi-
dencia que las dos principales propiedades intrínsecas de
los iones, potencial iónico y polarizabilidad, son los factores
moduladores de los principales procesos de diferenciación
geoquímica elemental. Cabe mencionar que aunque dichos
términos se presentan de una manera simplificada, en rea-
lidad corresponden a propiedades complejas de los iones.
El lector interesado en profundizar en dichos términos, así
como en la teoría de ácidos y bases duros y blandos, debe
referirse a la las referencias originales (Pearson, 1963), a la
literatura química especializada (p. ej., Cotton y Wilkinson,
1988; Huheey, 1993), así como a revisiones recientes (Ayers
et al., 2006; Ayers, 2007).
La Tabla Periódica de los Elementos y sus Iones para
Ciencias de la Tierra no pretende ser una sustitución de la
tabla periódica tradicional; ambas son complementarias al
presentar y evidenciar información que no está presente
en la contraparte. Es de vital importancia, sin embargo,
conocer y entender la tabla periódica tradicional, para po-
der valorar muchas de las ventajas que la clasificación de
los elementos y sus iones propuesta por Railsback (2003)
ofrece. La generalización y sistematización de los procesos
de diferenciación geoquímica presentados por Railsback
(2003) hace de La Tabla Periódica de los Elementos y sus
Iones para Ciencias de la Tierra una herramienta de vital
importancia para los estudiosos de las Ciencias de la Tierra.
Finalmente, el lector es referido a los trabajos originales
(Railsback, 2003; Railsback, 2005) con el fin de ampliar la
comprensión de la tabla a partir de los ejemplos y aplica-
ciones ahí presentes.
AGRADECIMIENTOS
La versión original de la Tabla Periódica de los
Elementos y sus Iones para Ciencias de la Tierra fue finan-
ciada por la United States National Science Foundation,
número de contrato 02-03115. Los autores agradecen a M.I.
Bernal-Uruchurtu por la valiosa ayuda en la preparación de
la Figura 5. Asimismo agradecen a Dara Salcedo, Arturo
Gómez Tuena, Dante Morán por la revisión y comentarios
sobre versiones preliminares del manuscrito. La revisión ex-
haustiva de la Figura 3 por la Dra. Teresa Orozco, así como
sus comentarios y los de un revisor anónimo resultaron en
mejoras significativas del presente documento.
APÉNDICE A. SUPLEMENTO ELECTRÓNICO
Una versión en alta resolución de la Tabla Periódica
de los Elementos y sus Iones para Ciencias de la Tierra
está disponible en el sitio web de la revista <http://satori.
geociencias.unam.mx/>, en la tabla de contenido de este
número (suplemento electrónico 25-2-02).
REFERENCIAS
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Manuscrito recibido: Septiembre 27, 2007
Manuscrito corregido recibido: Marzo 7, 2008
Manuscrito aceptado: Marzo 11, 2008

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  • 1. Bernal y Raislback 236 Introducción a la Tabla Periódica de los Elementos y sus Iones para Ciencias de la Tierra Juan Pablo Bernal1,* y L. Bruce Railsback2 1 Instituto de Geología, Universidad Nacional Autónoma de México, Ciudad Universitaria, 04510 Cuidad de México, México. 3 Department of Geology, University of Georgia, Athens, Georgia 30602-2501, EE. UU. * jpbernal@geologia.unam.mx RESUMEN En el presente artículo se muestran los principios y ventajas que ofrece la Tabla Periódica de los Elementos y sus Iones para Ciencias de la Tierra, originalmente publicada en Railsback, L.B., 2003, An Earth scientist’s periodic table of the elements and their ions, Geology, 31(9): 737-740. A diferencia de la tabla periódica convencional, en donde únicamente se considera a los elementos en estado de oxidación cero, la Tabla Periódica de los Elementos y sus Iones acomoda a las especies de acuerdo a los estados de oxidación posibles en la naturaleza. Esto implica el reacomodo de algunas especies así como la aparición de algunos elementos en diversas posiciones. La clasificación de las especies de acuerdo a su estado de oxidación permite que las características intrínsecas de cada ión, polarizabilidad y potencial iónico (ϕ), pongan en evidencia algunas tendencias biogeoquímicas previamente elucidadas de manera semiempírica. A partir de la polarizabilidad es posible establecer patrones de reactividad y compatibilidad de los iones, mientras que el potencial iónico permite evidenciar tendencias en el comportamiento de los iones bajo diferentes condiciones de diferenciación geoquímica. Se muestra que la interacción de los diferentes iones con el ión óxido (O2- ), modulada por el potencial iónico del catión, juega un papel fundamental en la mayoría de los procesos de diferenciación geoquímica, incluyendo hidrogeoquímica, intemperismo, petrogénesis ígnea, entre otros. Debido al amplio rango de aplicaciones, la Tabla Periódica de los Elementos y sus Iones tiene el potencial de convertirse en una herramienta de vital importancia para el estudioso en Ciencias de la Tierra. Palabras Clave: elementos, iones, tabla periódica, polarizabilidad, potencial iónico, clasificación. ABSTRACT This paper presents the basic principles behind “An Earth Scientist’s Periodic Table of the Elements and Their Ions”, originally published in Railsback, L.B., 2003, An Earth scientist’s periodic table of the elements and their ions, Geology, 31(9): 737-740. In contrast to Mendelejeff’s periodic table, where all elements are classified according to their ground state (or oxidation state = 0), the Periodic Table of the Elements and Their Ions, classifies elements and ions according to their natural oxidation state. Consequently, some elements are displayed in several positions within the table, and some others have been relocated. The classification of the ions according to their oxidation state allows the visualization of trends based upon intrinsic characteristics of each ion (such as polarizability and ionic potential) that evidence the biogeochemical behavior of the elements and their ions. Many of those trends were only semi-empirically inferred until now. Reaction paths for different ions are deducted from their polarizability, whereas the ionic potential allows to infer the behavior of the ions under diverse geochemical differentiation processes. Revista Mexicana de Ciencias Geológicas, v. 25, núm. 2, 2008, p. 236-246
  • 2. La Tabla Periódica de los Elementos y sus Iones para Ciencias de la Tierra 237 INTRODUCCIÓN La Tabla periódica de los elementos propuesta por Mendelejeff (1869) ha probado ser una herramienta de gran utilidad para predecir las propiedades químicas y físicas de los elementos, incluso de aquellos que no existen de manera natural en la Tierra. A pesar de diversos esfuerzos recientes por mejorarla, la clasificación de los elementos propuesta por Mendelejeff hace casi 150 años sigue siendo parte fundamental de la instrucción química básica. Sin embargo, desde el punto de vista geoquímico, la tabla periódica tradicional presenta una serie de limitaciones que surgen, principalmente, del hecho de que describe las propiedades físicas y químicas de los elementos en su estado basal (o estado de oxidación = 0). Sin embargo, la mayoría de los elementos en la naturaleza ocurren con un estado de oxidación diferente de cero. Un ejemplo de esto son los metales alcalinos, tales como Li, Na, K y Rb; la tabla periódica tradicional permite establecer con gran precisión sus propiedades físicas y químicas, sin embargo, en ambientes naturales, siempre se encontrarán formando cationes univalentes, con propiedades químicas y físicas significativamente diferentes de sus análogos metálicos. Por ejemplo, los metales alcalinos en estado basal son altamente incompatibles con el agua, mientras que los io- nes correspondientes son altamente compatibles con ésta. Al y Si son otros ejemplos de elementos que muestran un comportamiento contrastante al de sus iones; mientras que Si4+ y Al3+ se encuentran entre los iones más abundantes en la corteza terrestre (McDonough y Sun, 1995), las especies elementales son muy poco comunes, pero no inexistentes. Aunado a lo anterior, varios elementos presentan más de un estado de oxidación de manera natural, y las propiedades geoquímicas de cada uno de ellos no pueden ser explicadas utilizando la clasificación periódica de Mendelejeff. En virtud de lo anterior, recientemente se ha propuesto una clasificación de los elementos y sus iones, que permite entender su comportamiento y asociaciones geoquímicas (Railsback, 2003), así como establecer las bases para la mineralogía sistemática (Railsback, 2005). De manera general, esta clasificación está basada en la estabilidad de los enlaces formados por los ácidos duros y blandos con los iones O2- y S2- (bases dura y blanda, respectivamente), así como en la densidad de carga de los diferentes cationes (potencial iónico), lo cual tiene implicaciones directas en el carácter del enlace formado con el ión O2- . Lo anterior implica que la interacción de los diferentes cationes con el oxígeno regula gran parte de los procesos de diferenciación geoquímica. A diferencia de la tabla periódica de los elementos de Mendelejeff, la nueva clasificación permite explicar tendencias y agrupaciones de elementos y iones previa- mente observados de manera empírica en diversos ramos de la geoquímica. Como resultado se tiene una herramienta integral que puede aplicarse al entendimiento de diversos procesos geoquímicos, desde la diferenciación elemental en el manto de la Tierra, hasta procesos de intemperismo, hidrogeoquímica y mineralogía. De esta manera, el presente artículo pretende difundir entre la audiencia geológica de habla española las ventajas que ofrece la clasificación de Railsback (2003) para facili- tar la comprensión de las propiedades geoquímicas de los elementos y sus iones. PRINCIPIOS PARA LA CLASIFICACIÓN La Tabla Periódica de los Elementos y sus Iones ha sido organizada de acuerdo con la dureza o blandura de los iones. Se entiende como un ión duro aquel que posee una alta densidad de carga positiva alrededor del núcleo atómico y un radio iónico pequeño, por lo que la nube electrónica (carga negativa) alrededor del núcleo es poco deformable ante la influencia de un campo eléctrico externo (Figura 1a). Por otro lado, un ión blando posee una baja densidad de carga positiva alrededor del núcleo y es relativamente grande, de manera que la nube electrónica es fácilmente deformable ante la influencia de campos eléctricos externos (Figura 1b). Los términos “duro” y “blando” provienen de la teoría de ácidos y bases duros y blandos propuesta por Pearson (1963), la cual establece, de manera cualitativa, que cationes metálicos con alta carga y radio iónico pequeño (ácidos duros o tipo “A”), tienen la tendencia a asociarse de manera preferencial con ligantes o aniones pequeños y poco polarizables (bases duras, p. ej. F- , O2- ). De manera contraria, aquellos cationes grandes y de baja densidad de carga (ácidos blandos o tipo “B”), correspondientes a iones que poseen electrones en la capa de valencia y que no han alcanzado su máximo estado de oxidación, tienden a aso- ciarse preferentemente con ligantes grandes y polarizables (bases blandas, p. ej. S2- , Se2- ). Como regla general, los ácidos duros reaccionan preferentemente con las bases duras y los ácidos blandos reaccionan preferentemente con las bases blandas (Cotton y Wilkinson, 1988), donde la “preferencia” debe entenderse como mayor velocidad de reacción y mayor conversión al It is shown that the interaction of different cations with the oxide ion (O2- ) plays a pivotal role in most processes of geochemical differentiation, such as aqueous geochemistry, weathering, igneous petrogenesis, among others. Because of the wide range of applications, The Periodic Table of The Elements and Their Ions is a valuable tool for the earth scientist. Keywords: Elements, ions, periodic table, polarizability, ionic potential, classification.
  • 3. Bernal y Raislback 238 Debido a que la polarizabilidad es una variable dependiente tanto de las características intrínsecas del ión (p. ej., carga, radio iónico, configuración electrónica, etc.), como de la magnitud del campo eléctrico impuesto a éstos, no es posible establecer una escala absoluta de polarizabilidad de los iones, a diferencia de otros parámetros como la electronegatividad y el radio iónico. Sin embargo, es posible encontrar diversos ejemplos que demuestran el comportamiento periódico e internamente consistente de la polarizabilidad relativa de los elementos y sus iones (Cruz- Garritz et al., 1991). La segunda característica intrínseca de cada ión que permite identificar tendencias geoquímicas en la tabla pe- riódica de los elementos y sus iones es el potencial iónico (ϕ), el cual se define como: φ = z (2) r en donde z representa la carga del ión y r el radio iónico. En general, ϕ puede entenderse como la densidad de carga en el ión. De esta manera, dos iones con radios iónicos semejantes pero cargas diferentes tendrán valores de ϕ diferentes, y por ende diferente densidad de carga (Figura 1 a y c); al igual que dos iones con la misma carga y radio iónico diferente tendrán valores distintos de ϕ. La clasificación de los elementos y iones de Railsback (2003) no corresponde al primer intento en utilizar el poten- cial iónico de los iones como factor de clasificación. Victor Goldschmidt había visualizado un sistema de clasificación similar (Goldschmidt, 1937), pero no consideró que algunos elementos podrían aparecer varias veces en dicha clasifica- ción debido a que presentan estados de oxidación múltiple. Adiferencia de Goldschmidt, y de manera previa, Cartledge (1928a; 1928b) propuso una clasificación de elementos y iones que puede considerarse precursora de la que presenta Railsback (2003), ya que ésta sí consideraba el estado de oxidación de los iones en su localización dentro de la tabla periódica. Por otra parte, en petrología ígnea es común referirse a algunos elementos relevantes como “Large Ion equilibrio (Cruz-Garritz et al., 1991).Asimismo, los enlaces formados entre ácidos y bases con el mismo carácter relati- vo de dureza son altamente estables y difíciles de romper, mientras que la interacción entre un ácido y una base con diferente carácter de dureza es poco estable. Como todo sistema de clasificación, existen casos de frontera donde las propiedades de dureza o blandura no están claramente definidas, tal es el caso de la mayoría de los elementos de transición, en donde el estado de oxidación es el factor determinante de la dureza del ión. De manera general, los ácidos intermedios o de frontera reaccionan preferentemente con bases blandas o de frontera, aunque el mismo carácter limítrofe de éstos los hace más proclives a generar casos “excepcionales”, tal es el caso de la anglesita (PbSO4), la cual es el producto de un ácido intermedio (Pb2+ ), con una base dura (SO4 2- ). A pesar de diversos esfuerzos para parametrizar la dureza de los iones (Yamada yTanaka, 1975; Parr y Pearson, 1983), dichos modelos no han facilitado la conceptualiza- ción de la propuesta cualitativa de Pearson (1995), por lo que resulta más sencillo asociar la dureza de los iones con la polarizabilidad. Ésta se refiere a la tendencia que presenta la nube electrónica alrededor de un ión a ser distorsionada por un campo eléctrico externo causado por un dipolo u otro ión cercano (Cruz-Garritz et al., 1991). Un ión duro presenta alta densidad de carga positiva cerca del núcleo, por lo que la nube electrónica alrededor de él no es fácilmente deformable, es decir es poco polarizable (Figuras 1a, 1c). Por otro lado, un ión blando se caracteriza por tener baja densidad de carga positiva cerca del núcleo, por lo que una carga o campo eléctrico externo puede deformar o polarizar fácilmente la nube electrónica alrededor de él (Figura 1b) (Cotton y Wilkinson, 1988). De manera formal, la porali- zabilidad se define como la relación del momento dipolar inducido (μi) de un átomo a la intensidad del campo eléctrico (E) que produce el dipolo αi, de manera que: αi = μiE (1) a) b) c) Figura 1 Modelo conceptual simplificado ilustrando la polarizabilidad de dos cationes y las diferencias en potencial iónico (ϕ). a: Ejemplo de un ácido duro: catión monocargado y radio iónico pequeño lo que hace que la nube de electrones a su alrededor sea difícil de distorsionar. b: Ácido blando: ión con radio iónico grande y baja carga, lo que permite que la nube de electrones alrededor del núcleo sea fácilmente distorsionable, es decir el ión es polarizable. La línea punteada ilustra una posible deformación de la nube electrónica. c: Ión con alto potencial iónico, al poseer el mismo radio que (a), pero mayor carga (en este caso 3+), lo que se refleja en una mayor densidad de carga.
  • 4. La Tabla Periódica de los Elementos y sus Iones para Ciencias de la Tierra 239 Lithophile Elements y High Field-Strength Elements” (tam- bién conocidos como LILE y HFSE, o elementos litófilos de radio iónico grande y elementos de alto potencial iónico o alto campo, respectivamente) con afinidades minerales diametralmente opuestas, y cuya definición está basada, precisamente, en la relación entre la carga y el radio iónico correspondiente (Albarede, 2003). La principal diferencia entre los esfuerzos anteriores y la clasificación de los ele- mentos y iones de Railsback (2003) es la inclusión del trazo de contornos de potencial iónico, o contornos equipotencia- les (Figura 2), que permiten identificar fácilmente grupos de elementos cuyo comportamiento es similar bajo diversas condiciones y procesos de diferenciación geoquímica. Cabe subrayar que la dureza o blandura de un ión es equivalente a su polarizabilidad, y es función del radio iónico y del número de electrones que posee en la capa de valencia. Aquellos iones sin electrones en la capa de valencia son poco polarizables y, por lo tanto, de mayor dureza que aquellos de tamaño similar pero que cuentan con electrones en la capa de valencia. Por otra parte, ϕ se refiere únicamente a la relación carga/radio del ión, por lo que dos iones con carga y radios similares tendrán valores de ϕ similares, lo cual no implica necesariamente que ambos iones compartan propiedades y/o afinidades geoquímicas. Los iones Na+ y Cu+ representan un buen ejemplo para ilustrar lo anterior: ambos cationes poseen radios iónicos semejantes (0.96 y 0.95 Å, respectivamente) por lo que, al poseer la misma carga, tienen valores muy similares de ϕ. Sin embargo, mientras que el Na+ es un ácido duro por no poseer electrones en la capa de valencia, el Cu+ es un ácido blando por poseer un electrón en la capa de valencia. Lo anterior tiene como consecuencia que el Cu+ no pueda sustituir al Na+ en los feldespatos debido a la incapacidad del primero para formar enlaces covalentes estables con O2- (Ringwood, 1955a). De manera similar, el Tl+ (ácido blando) no sustituye de manera isomórfica al K+ (acido duro) en ningún mineral, a pesar de que los radios iónicos de ambas especies (1.40 y 1.33 Å) permitirían pensar que dicha sustitución es factible. Cabe mencionar que, a pesar de la poca difusión de estos principios en las Ciencias de la Tierra, éstos han sido utilizados previamente para la descripción de distintos procesos geoquímicos (p.ej., Lasaga y Cygan, 1982; Abbott, 1994; Auboiroux et al., 1998; Tomkins y Mavrogenes, 2001). DESCRIPCIÓN DE LA TABLA La Tabla Periódica de los Elementos y sus Iones para Ciencias de la Tierra (Figura 3) se encuentra organizada de acuerdo con la carga de cada una de las especies. La gran mayoría de las especies aparecen en posiciones similares que en la tabla periódica convencional. Sin embargo, algu- nos elementos que típicamente se encuentran en la parte derecha en una tabla periódica clásica (p. ej., B, C, Si), se han reubicado hacia la parte izquierda de la tabla como B3+ , C4+ y Si4+ . Además, como ya se mencionó anteriormente, algunos elementos aparecen en varias posiciones como resultado de los diversos estados de oxidación que pueden presentar. Tal es el caso de P y U que aparecen dos veces, mientras que V, Fe, C y N lo hacen en tres ocasiones, y S hasta en cuatro ocasiones (S2- , Sº, S4+ y S6+ ). La tabla se encuentra separada en diversos bloques para diferenciar entre gases nobles, ácidos duros o tipo A, ácidos blandos o tipo B, especies elementales (sin carga) y aniones (Figura 3). Dicha separación permite racionalizar la interacción entre las diversas especies, ya que los ácidos duros reaccionarán preferentemente con las bases duras, mientras que los ácidos blandos son más compatibles con bases blandas. Un ejemplo de dicha tendencia es la solubi- lidad de los haluros de cationes duros y blandos. Como se puede observar en el recuadro 8 de la Figura 3, la mezcla de un ácido duro (Mg2+ ) con una base dura (F- ), o un ácido blando (Ag+ ) con una base blanda (I- ) produce los haloge- nuros sólidos más insolubles para los respectivos cationes. Por el contrario, los productos de un ácido duro con una base blanda (p. ej., NaI) o un ácido blando con una base dura (p. ej., AgF) resulta en los halogenuros más solubles de la serie correspondiente, debido a que el enlace catión-anión es poco estable. De la misma manera es posible explicar la inexistencia de sulfuros de Ca2+ , o de otros ácidos duros, y justificar la existencia de óxidos y sulfatos de dichas espe- cies. Por otra parte, la existencia de sulfuros minerales de elementos del grupo del Pt, y no de sus óxidos, representa un ejemplo del caso contrario. Otra diferencia importante entre la “Tabla Periódica de los Elementos y sus Iones para Ciencias de la Tierra” y la tabla convencional, consiste en la aparición de los elementos naturales del grupo de los actínidos con los ácidos interme- dios y duros, de esta manera Th4+ se encuentra por debajo del Hf4+ , el U4+ por debajo del W4+ (todos intermedios) mientras que el U6+ se encuentra debajo del W6+ (ambos duros). Aunque dicho acomodamiento es poco convencional, las tendencias descritas en las siguientes secciones justifican dicho arreglo. La tabla también proporciona información útil como el nombre del elemento y/o ión, número y masa atómica, radio iónico, isótopos naturales de cada elemento, así como rutas de decaimiento radioactivo. Cada elemento y/o ión está acompañado por una simbología (Figura 4) que per- mite identificar algunas de las principales características biogeoquímicas de la especie, lo que ayuda al usuario en la identificación de tendencias naturales en la distribución de las especies correspondientes. Asimismo, el tamaño del símbolo del elemento/ión está escalado a su abundancia en la corteza terrestre. PATRONES Y TENDENCIAS EN LA TABLA Los símbolos asociados a cada elemento y ión (Figura 3 y 4) indican si éstos se encuentran enriquecidos en mi-
  • 5. Bernal y Raislback 240 z /r = 1 z /r = 4 z /r = 2 = 32 = z r C s 55 m=132.905 133 r=1.69 + Fr 87 (223) 223 r=1.76 + 137 138 B a 56 m=137.327 130 132 r=1.35 134 135 136 2+ R a 88 (226) 223 224 r=1.40 226 228 2+ z / r = 1 6 ? Ac 89 m=227.03 r=1.18 227 228 ? 3+ Pu 94 239 Np 93 237 ? 92 234 235 238 * r=0.7 m=238.029 U 6+ P a 91 (231) (+4 r=0.98) 231 234 5+ + Li 3 m=6.941 6 7 r=0.60 Na 11 m=22.990 23 r=0.95 + + R b 37 m=85.468 85 87 r=1.48 + B e 4 m=9.012 9 r=0.31 2+ S r 38 m=87.62 87 88 84 86 r=1.13 2+ B 5 m=10.811 10 11 r=0.20 3+ C 6 12 13 14 m=12.011 4+ 15 r=0. r= 0.25 Mn7+ Cr 24 m=51.996 50 5253 54 r=0.52 6+ V 23 m=50.942 50 51 r=0.59 5+ 96 98 100 Mo 42 m=95.94 92 94 95 97 r=0.62 6+ R e 75 m=186.207 r=0.56 185 187 7+ r=0.68 W 74 180 182 183 184 186 m=183.84 6+ z / r = 1 Si 14 m=28.086 28 29 30 r=0.41 4+ H 1 1 2 3 m=1.0079 r=10-5 + z r = 8 / z r = 8 / S c 21 m=44.956 45 r=0.81 (48) 3+ Al 13 m=26.982 27 r=0.50 3+ Fe3+ 49 50 Ti 22 m=47.867 46 47 48 r=0.68 4+ Zr 40 m=91.224 90 91 r=0.80 92 94 96 ? 4+ L a 57- 71 170Yb Ver Abajo 3+ Hf 72 m=178.49 174 176 177 r=0.81 178 179 180 4+ Ta 73 m=180.948 180 181 r=0.73 5+ Th 90 m=232.038 227 228 230 r=0.95 (+3 r=1.14) 231 234 232* 4+ Y 39 m=88.906 89 r=0.93 3+ Nb 41 m=92.906 r=0.70 (96) 93 5+ N 7 m=14.007 14 15 r=0.11 5+ P m=30.974 31 r=0.34 5 1 5+ S 16 m=32.066 3233 34 36 r=0.29 6+ K 19 m=39.098 39 40 41 r=1.33 Ca 20 m=40.078 40 42 43 44 46 48 2+ r= 0.99 Mg 12 m=24.305 24 25 26 r=0.65 2+ F e2+ Cationes que se coordinan con H2O (o CO3 2- o SO4 2-) en disolución Cationes que se coordinan con OH- (o H2O) en disolución ión hidrógeno ión litio ión berilio ión sodio ión magnesio ión potasio ión calcio ión rubidio ión estroncio ión cesio ión bario ión francio ión radio Cationes que se coordinan con OH- (o O2-) en disolución ión boro Carbón p.ej., CO2, bicarbonato (HCO3 -) y carbonato (CO3 2-) Nitrógeno p.ej., ión nitrato NO3 - Cationes que se coordinan con O2- en disolución, (p.ej., NO3 -, PO4 3-, SO4 2-, etc.) Cationes “duros” o “Tipo A” (Todos los electrones son removidos de la capa de valencia y, por lo tanto, poseen configuración electrónica de gas noble) Coordinan F>O>N=Cl>Br>I>S Se coordinan fácilmente con el O de grupos carboxilos de ligantes orgánicos (ver recuadros 1-5,7) ión aluminio como Al3+ o Al(OH)n3-n silicato (SiO44-) o H4SiO4 Fósforo en fosfato (PO43- o HPO42-) ión escandio ión titanio ión vanadio p.ej., vandato ión ytrio ión circonio ión niobio ETR ión hafnio ión tántalo p.ej., tantalatos ión actinio ión torio ión protactinio Carga del ión / radio iónico Azufre en sulfato (SO42-) ión cromo p.ej., cromato (CrO4 2-) per- manga- nato (MnO4 - ) Molibdeno en molibdatos tungsteno en tungstatos ión renio uranio en uranilo (UO2 2+ ) Neptunio Plutonio Ocurrencia natural muy limitada Ocurrencia natural muy limitada z / r = 2 z / r = 4 Figura 2 Sección izquierda de la Tabla Periódica de los Elementos y sus Iones, en la que se ilustra los contornos equipotenciales. Obsérvese como, para cualquier periodo, ϕ (Ecuación 1) se incrementa de izquierda a derecha. La zona delimitada por los contornos ϕ=4 y ϕ=8 corresponde a aquellos cationes que forman óxidos minerales presentes en las fases ígneas de alta temperatura, poco solubles en agua y enriquecidos en suelos, sedimentos y nódulos de hierro-manganeso
  • 6. Revista Mexicana de Ciencias Geológicas, v. 25, núm. 2, 2008 Bernal y Railsback, Figura 3 N 7 m=14.007 14 15 r=1.71 3– S 16 323334 36 r=1.84 m=32.066 2– 78 80 82 S e m=78.96 74 76 77 r=1.98 34 2– B r 35 m=79.904 79 81 (82) r=1.95 (7+ r=0.39) – Cl 17 m=35.453 35 37 r=1.81 – C 6 m=12.011 12 13 14 r=2.60 4– 15 m=30.974 r=2.12 3– P 51 r=2.45 121 123 S b m=121.760 3– Fe Zr Li L u At 85 215 218 219 R n 86 (222) 220 222 218 219 S i 14 m=28.086 r=2.71 4– He 2 3 4 m=4.0026 r=1.2 Ne 10 20 21 22 m=20.180 r=1.5 Ar 18 36 38 40 m=39.948 r=1.8 K r 36 78 80 82 83 84 86 m=83.80 r=1.9 Xe 54 129 130 131 132 134 136 124 126 128 m=131.29 r=2.1 As 33 m=74.922 75 r=2.22 3– z /r = 1 R n 86 (222) 219 220 222 z /r = 4 z /r = 2 He 2 m=4.0026 3 4 r=1.2 Ne 10 m=20.180 20 21 22 r=1.5 Ar 18 m=39.948 36 38 40 r=1.8 K r 36 m=83.80 78 80 82 83 84 86 r=1.9 Xe 54 m=131.29 129 130 131 132134 136 124 126 128 r=2.1 = 32 = z r C s 55 m=132.905 133 r=1.69 + Fr 87 (223) 223 r=1.76 + 137 138 B a 56 m=137.327 130 132 r=1.35 134 135 136 2+ R a 88 (226) 223 224 r=1.40 226 228 2+ z / r = 1 6 ? Ac 89 m=227.03 r=1.18 227 228 ? 3+ Pu 94 239 Np 93 237 ? 92 234 235 238 * r=0.7 m=238.029 U 6+ P a 91 (231) (+4 r=0.98) 231 234 5+ + Li 3 m=6.941 6 7 r=0.60 Na 11 m=22.990 23 r=0.95 + + R b 37 m=85.468 85 87 r=1.48 + B e 4 m=9.012 9 r=0.31 2+ S r 38 m=87.62 87 88 84 86 r=1.13 2+ B 5 m=10.811 10 11 r=0.20 3+ C 6 12 13 14 m=12.011 4+ 15 r=0. r= 0.25 Mn7+ Cr 24 m=51.996 50 5253 54 r=0.52 6+ V 23 m=50.942 50 51 r=0.59 5+ 96 98 100 Mo 42 m=95.94 92 94 95 97 r=0.62 6+ R e 75 m=186.207 r=0.56 185 187 7+ r=0.68 W 74 180 182 183 184 186 m=183.84 6+ Tc 43 (100) 99 z r / = 4 z/r = 16 Po 210 211 212 216 218 214 215 84 z r / = 8 3+ r= 0.64 Mn 25 4+ r=0.53 3,4+ Fe 26 r=0.64 3+ Co 27 r=0.63 3+ S n 50 r=0.71 4+ Sn 50 m=118.710 112114 115116 r=1.12 120 122 124 117 118 119 2+ 102 104 R u 44 m=101.07 96 98 99 3+ r=0.69 4+ r=0.67 100 101 3,4+ Pd 46 m=106.42 102 104 105 106108110 r=0.86 2+ R e 75 m=186.207 185 187 r=0.65 4+ 212 214 Pb 82 m=207.2 204 206 207 r=1.20 208 210 211 2+ Pb 82 r=0.84 4+ Bi 83 m=208.980 r=1.20 212 214 215 209 210 211 3+ Bi 83 r=0.74 5+ r=0.61 V 23 4+ z / r = 8 As 33 r=0.47 5+ As 33 m=74.922 75 r=0.69 3+ r=0.62 S b 51 5+ Sb 51 m=121.760 r=0.90 121 123 3+ S 16 r=0.37 4+ S e 34 r=0.42 6+ 78 80 82 Se 34 m=78.96 74 76 77 r=0.50 4+ 52 r=0.56 Te6+ 128 130 52 m=127.60 120 122 123 r=0.89 124 125 126 Te4+ 53 r=0.44 I5+ m=126.904 176Hf ? Pm 61 (150) ? z/r = 2 138Ba z / r = 4 z / r = 2 z / r = 1 L a 57 m=138.906 r=1.15 138 139 3+ 142 Ce 58 m=140.116 136 138 140 r=1.11 3+ 148 150 Nd 60 m=144.24 142 143 144 r=1.08 146 145 ? 3+ E u 63 m=151.964 151 153 r=1.03 3+ G d 64 m=157.25 152 154 155 r=1.02 158 160 156 157 3+ Tb 65 m=158.925 r=1.00 159 3+ Dy 66 m=162.50 156 158 r=0.99 163 164 160 161 162 3+ Ho 67 m=164.930 165 r=0.97 3+ E r 68 m=167.26 162 164 166 r=0.96 167 168 170 3+ Tm 69 m=168.934 169 r=0.95 3+ Yb 70 m=173.04 168 170 171 r=0.94 (2+ r= 1.13) 174 176 172 173 3+ Lu 71 m=174.967 175 176 r=0.93 3+ Pr 59 m=140.908 141 r=1.09 (4+ r=0.92) 3+ r=1.01 Ce 58 4+ 152 154 S m 62 m=150.36 144 147 148 r=1.04 149 150 3+ E u 63 r=1.12 2+ C 6 r=0.77 S 16 S i 14 r=1.34 S e 34 r=1.6 C d 48 r=1.56 In 49 r=1.66 52 Te r=1.7 R e 75 r=1.37 Ta 73 r=1.46 2 N 7 r=0.71 O 8 2 B i 83 r=1.82 Pb 82 r=1.75 Cr 24 r=1.27 Co 27 r=1.25 Ni 28 r=1.24 Fe 26 r=1.26 P d 46 r=1.37 R h 45 r=1.34 R u 44 r=1.34 Os 76 r=1.35 Ir 77 r=1.35 Zn 30 r=1.39 Al 13 r=1.43 As 33 r=1.48 S b 51 r=1.61 S n 50 r=1.58 Au 79 r=1.44 Ag 47 r=1.44 P t 78 r=1.38 Cu 29 r=1.28 Hg 80 r=1.60 Tl 81 r=1.71 1Å Li N R b O2– H+ Si 14 m=28.086 28 29 30 r=0.41 4+ V 23 m=50.942 50 51 r=0.74 3+ C r 24 m=51.996 50 5253 54 r=0.69 3+ 54 56 57 58 La3+ Ba2+ Hf4+ Cs + Y3+ S r 2+ Zr4+ Nb5+ R b + Ca2+ Ti4+ V5+ K + Al Mg 2+ S i4+ P5+ Na + B3+ Be2+ C4+ Li + 3+ 251 240 160 254 198 38 210 216 115 87 71 3 145 152* 175 38 71 210 200 150 1 0 0 50 z / r = 1 z / r = 1 z / r = 4 C d 48 114 116 111 112 113 r=0.97 106 108 110 m=112.411 2+ In 49 m=114.818 1+ r=1.32 113 115 3+ r=0.81 1,3+ Au 79 m=196.967 r=1.37 197 (3+ r=0.85) + Tl 81 m=204.383 r=1.40 207 208 210 203 205 206 + Tl 81 r=0.95 3+ 202 204 206 Hg 80 m=200.59 196 198 199 r=1.19 200 201 + Ag 47 m=107.868 r=1.26 107 109 + + 63 65 Cu 29 m=63.546 r=0.96 Ti 22 r=0.90 2+ C r 24 r=0.90 2+ H 1 1 2 3 m=1.0079 r=10-5 + Ni 28 r=0.73 3+ 61 62 64 Ni 28 m=58.693 58 60 r=0.72 2+ r=0.62 Ga 31 m=69.723 69 71 (1+ r=1.13) 3+ 70 72 73 74 76 Ge 32 m=72.61 (2+ r=0.93) r=0.53 4+ H 1 m=1.0079 1 2 3 r=2.08 – O 8 m=15.999 16 17 18 r=1.40 2– Hg 80 r=1.10 2+ z r = 8 / z r = 8 / z /r = 4 z / r = 2 Cr Mn 2+ Fe 3+ Fe2+ Co 2+ Ni 2+ Cu+ Zn 2+ S n 4+ Pb 2+ Bi 3+ 2603 2054 1652 1838 2078 2228 1509 2242 1903 1098 1170 S b 928 As 547 Cd 2+ >1773 Cu 2+ 1719 Ga3+ 2079 Ge 4+ 1388 Ag ~473(d) + Tl 852 + Tl 3+ 1107 S n 2+ 1353(d) Hg 2+ 773(d) Au+ 2400 2000 1600 1 2 0 0 8 0 0 Co 3+ 1168 V 4+ 2240 Mn 3+ 1353 As 5+ 588 In 3+ 2185 Pd 2+ 1023 R h 2+ 1373( Mo 4+ 1373(d) W 4+ ~1773(d) R e 4+ 1173(d) Pt2+ 598(d) Au3+ 423(d) Hg+ 373(d) 3+ 1600 2000 Ir 3+ 1273 1200 3+ 3+ 4 0 0 S c 21 m=44.956 45 r=0.81 (48) 3+ Al 13 m=26.982 27 r=0.50 3+ Fe3+ 49 50 Ti 22 m=47.867 46 47 48 r=0.68 4+ Zr 40 m=91.224 90 91 r=0.80 92 94 96 ? 4+ L a 57- 71 170Yb Ver Abajo 3+ Hf 72 m=178.49 174 176 177 r=0.81 178 179 180 4+ Ta 73 m=180.948 180 181 r=0.73 5+ Th 90 m=232.038 227 228 230 r=0.95 (+3 r=1.14) 231 234 232* 4+ 92 r=0.97 U 4+ 74 m=183.84 180 182 183 r=0.64 184 186 W 4+ 190 192 Os 76 m=190.23 184 186 r=0.69 187 188 189 4+ Ir 77 m=192.217 r=0.66 191 193 4+ 97 98 100 42 m=95.94 92 94 95 96 r=0.68 Mo4+ Ti 22 r=0.75 3+ 128 130 52 m=127.60 120 122 123 r=2.21 124 125 126 Te2– B i 83 m=208.980 2– Y 39 m=88.906 89 r=0.93 3+ Nb 41 m=92.906 r=0.70 (96) 93 5+ R h 45 m=102.906 r=0.86 103 2+ Pt 78 m=195.078 190 192 193 r=0.96 196 198 194 195 ? 2+ r / = 1 2 – z r / = 1 – z r / = 2 – F 9 m=18.998 19 r=1.36 – La3+ Hf4+ Ta5+ W6+ Y 3+ S r2+ Zr 4+ Nb5+ Mo6+ Ca2+ Ti4+ V5+ K + Cr6+ Al Mg 2+ S i4+ P5+ Na + S6+ B 3+ Be2+ C4+ N5+ Li + Th4+ 3+ 4.4 –7.4 2.77 9.9 –2.4 –8.1 –3.9 –1.37 14.0 1.4 S c 3+ –9.7 –7.6 R b + 28.9 4.3 Ba2+ 6.7 –9.7 La3+ Hf4+ Ta5+ W6+ Y 3+ S r2+ Zr 4+ Nb5+ Mo6+ Ti4+ V 5+ Cr6+ Al S i4+ P5+ S6+ B 3+ Be2+ C4+ N5+ Li + Th4+ 3+ 9 Mg2+ Na + 5.5-6 7.5-8 9 7 3-3.5 5.5 3-4 7 6 Ca2+ K + 3.5 6.5 >9 8.5 7 5.5 H = 4 H = 4 H = 6 H = 8 H = 6 * 6.5 3 0 0 0 La3+ Ba2+ Hf4+ Ta5+ Cs + W6+ Y3+ S r2+ Zr 4+ Nb5+ R b + Mo6+ S c3+ Ca2+ Ti4+ V5+ K + Cr6+ Al Mg2+ S i4+ P5+ Na + S6+ B 3+ Be2+ C4+ N5+ Li + Th4+ 1700 1193 2681 723 216 3125 1996 855 290 3200 2103 943 2+ ----- 3+ 3+ ----- ----- 673 2938 3123 1785 1074 2286 2580 2 5 0 0 3173 2058 1745 3493 2 5 0 0 20 00 1000 500 30 00 2 0 0 0 15 00 15 00 E n Ti Ab Fo Di Ksp An Q Il Cr Ab 3+ An Ti4+ 2103 Bi v. 4.7g01c F – Cl– Br– I– HgI2 100 1 10-2 10-4 10-6 10-8 NaBr NaI AgF MgBr2 MgI2 HgBr2 HgCl2 (AgCl) (AgBr) (AgI) (MgF2) (NaF) (NaCl) MgCl2 I 53 r=2.16 (7+ r=0.50) (124) 127 (128) (130) m=126.904 – z r Ge 54 m=72.59 2 3 4 r=1.05 - + E C, 3+ MgAlBO4 Me2+CO3 KNO3 S i4+ P5+ S6+ B3+ C4+ N5+ NaNO3 Fe 26 m=55.845 r=0.76 2+ N 7 m=14.007 14 15 r=0.11 5+ P m=30.974 31 r=0.34 5 1 5+ S 16 m=32.066 3233 34 36 r=0.29 6+ K 19 m=39.098 39 40 41 r=1.33 Ca 20 m=40.078 40 42 43 44 46 48 2+ r= 0.99 Mg 12 m=24.305 24 25 26 r=0.65 2+ F e2+ 55 Mn 25 m=54.938 r=0.80 2+ 59 Co 27 m=58.933 r=0.74 2+ r=0.69 Cu 29 2+ Zn 30 m=65.39 64 66 r=0.74 67 68 70 2+ 42 Mo2+ Línea sólida para elementos y/o iones que ocurren de manera natural, línea punteada para aquellos que rara vez o nunca se encuentran de manera natural Símbolo (ver escala a la derecha) Nombre Masa atómica Isótopos naturales Radioactivo (itálicas) Más abundante (negritas) Radio iónico (r) (Å) (o radio atómico para la forma elemental) Número Atómico (número de protones) Procesos de decaimiento radioactivo = carga del ión / radio iónico = potencial iónico o densidad de carga ión Germanio Iones menos empobrecidos del manto en la formación de la corteza Iones enriquecidos en CAIs (inclusiones ricas en Ca y Al en meteoritas) con respecto a la composición del sistema solar Iones compatibles con primeras fases en cristalizar en rocas ígneas Iones compatibles con últimas fases cristalinas en rocas ígneas debido a su gran tamaño (pincipalmente LILE) Los 8 solutos más abundantes en agua marina 9° a 16° solutos más abundantes 17° a 22° solutos más abundantes Soluto más abundante en agua de río (HCO3 - ) 2° a 8° solutos más abundantes en agua de río Solutos que pueden ser nutrientes limitantes en los océanos Solutos que son macronutrientes para plantas terrestres Solutos que son micronutrientes para plantas terrestres Iones escenciales para la nutrición de algunos vertebrados (minerales escenciales) Iones que pueden ser limitantes para el crecimiento de bacterias Iones comúnmente enriquecidos en suelos residuales o sedimentos (símbolo pequeño indica menor certeza) Iones en nódulos ferromangánicos procedentes del fondo del océano, enriquecidos con respecto al agua de mar Cationes que forman minerales de fluoruros simples Cationes que forman minerales de óxidos simples Cationes que forman minerales de sulfuros simples Cationes que forman minerales de bromuros o ioduros simples Cationes que forman minerales con base en un oxianión (p.ej: S6+ en sulfatos, A5+ en arsenatos) Aniones que forman minerales con K+ y Na+ Aniones que forman minerales con Mg2+ Aniones que forman minerales con Al3+, Ti4+ y Zr4+ Aniones que forman minerales con Si4+ Aniones que forman minerales Cu+ Aniones que forman minerales Ag+ Aniones que forman minerales Au+ Elementos que ocurren de manera nativa en la naturaleza, reconocidos antiguamente reconocidos después de 1963) Elementos que forman aleaciones naturales minerales con Fe Elementos que forman aleaciones naturales minerales con Cu Elementos que forman aleaciones naturales minerales con Os Elementos que forman aleaciones naturales minerales con Pt Elementos que forman aleaciones naturales minerales con Au Los 4 constituyentes más abundantes de la atmósfera 5° al 8° más abundantes ( reconocidos a partir de la Edad Media hasta 1862, Los 10 elementos más abundantes en la corteza terrestre 11° al 20° elementos más abundantes en la corteza terrestre 21° al 30° elementos más abundantes en la corteza terrestre 31° al 40° elementos más abundantes en la corteza terrestre Elementos considerados como principales constituyentes del núcleo de la Tierra (Fe>Ni>Co), posiblemente junto con S y O Gases Nobles (no se ionizan) Posición de Fe2+ y Fe3+ si fueran cationes “duros” Helio Neón Argón Kriptón Xenón Radón Cationes que se coordinan con H2O (o CO3 2- o SO4 2-) en disolución Cationes que se coordinan con OH- (o H2O) en disolución ión hidrógeno ión litio ión berilio ión sodio ión magnesio ión potasio ión calcio ión rubidio ión estroncio ión cesio ión bario ión francio ión radio *Para fines de simplificación, no se han incluido las series de decaimiento de 235U-207Pb y 232Th-208Pb Cationes que se coordinan con OH- (o O2-) en disolución ión boro Carbón p.ej., CO2, bicarbonato (HCO3 -) y carbonato (CO3 2-) Nitrógeno p.ej., ión nitrato NO3 - Cationes que se coordinan con O2- en disolución, (p.ej., NO3 -, PO4 3-, SO4 2-, etc.) Cationes “duros” o “Tipo A” (Todos los electrones son removidos de la capa de valencia y, por lo tanto, poseen configuración electrónica de gas noble) Coordinan F>O>N=Cl>Br>I>S Se coordinan fácilmente con el O de grupos carboxilos de ligantes orgánicos (ver recuadros 1-5,7) ión aluminio como Al3+ o Al(OH)n 3-n silicato (SiO44-) o H4SiO4 Fósforo en fosfato (PO43- o HPO42-) ión escandio ión titanio ión vanadio p.ej., vandato ión ytrio ión circonio ión niobio ETR ión hafnio ión tántalo p.ej., tantalatos ión actinio ión torio ión protactinio Carga del ión / radio iónico Azufre en sulfato (SO42-) ión cromo p.ej., cromato (CrO4 2-) per- manga- nato (MnO4 - ) Molibdeno en molibdatos tungsteno en tungstatos ión renio uranio en uranilo (UO22+) Neptunio Plutonio Ocurrencia natural muy limitada Ocurrencia natural muy limitada ión titanio ión titanio Cationes Intermedios (poseen algunos electrones en la capa de valencia) Se pueden coordinar con S u O ión vanadoso ión vanadio ión crómico ión cromoso ión manganoso ión manganeso ión férrico ión ferroso ión molibdeno Tecnecio Ocurrencia natural muy limitada ión rutenio Los elementos transuránidos (Z >94) no ocurren de manera natural 95: Americio 101: Mendelevio 96: Curio 102: Nobelio 97: Berkelio 103: Lawrencio 98: Californio 104: Rutherfordio 99: Einstenio 105: Hahnio (Dubnio) 100: Fermio ión tungsteno ión renio ión osmio ión uranio ión cobáltico ión cobaltoso ión niquélico ión niqueloso ión cúprico ión cuproso ión rodio ión paladio ión plata Cationes “blandos” o “tipo B” (Contienen uno o varios electrones en la capa de valencia) Coordinan I>Br>S>Cl=N>O>F comúnmente se coordinan con el C de compuestos orgánicos (p.ej: compuestos organomercurados) ión iridio ión platino ión oro ión zinc ión galio ión cadmio ión indio ión mercuroso ión mercúrico ión teluroso ión telúrico Cationes que se coordinan con O2-, (± H2O) en disolución ión germanio ión estánico azufre en sulfito (SO3 2-) arsenato (AsO4 3-) selenato (SeO4 2-) antimoniato telurato arsenito selenito (SeO3 2-) ión estanoso ión antimonio p.ej., antimonitas ión telurio p.ej., teluritas ión iodato (IO3 -) ión plomboso ión plúmbico ión bismutoso ión bismútico Polonio Elementos principales en meteoritas ferrosas (Fe>>Ni>>Co) y, junto con S y O, probablemente los elementos más abundantes en el núcleo de la tierra No metales Elementos en forma nativa (sin carga) aparte de los gases nobles Gases Cromo Hierro Cobalto Níquel Cobre Zinc Rutenio Rodio Paladio Plata Cadmio Indio Estaño Antimonio Teluro Arsénico Selenio Aluminio Silicio Carbono (diamante o grafito) Nitrógeno Oxígeno Azufre Tántalo Renio Osmio Iridio Platino Oro Mercurio Talio Plomo Bismuto Aniones que comúnmente se coordinan con H+ (p.ej: CH4, NH3, H2S, H2O, etc.) Aniones Ver recuadro 8 Hidrógeno como hidruros ión carburo ión nitruro Oxígeno en óxidos ión fluoruro La mayoria de los carburos y nitruros naturales se encuentran en meteoritas y fases minerales del manto La mayoria de los silicuros y fosfuros naturales se encuentran en meteoritas y fases minerales del manto ión siliciuro ión fosfuro ión sulfuro ión cloruro ión arseniuro ión selenuro ión bromuro ión antimoniuro ión teluro ión ioduro ión bismuturo Astatino Los únicos bismuturos minerales son de Pd, Ag, Pt, Au y Pb Aniones con los que los cationes “duros” se coordinan preferentemente Intermedios Aniones con los cuales los cationes “blandos” se coordinan preferentemente Gases Nobles (no se ionizan) Helio Neón Argón Kriptón Xenón Radón Recuadro 1: Incompresibilidad (Ks en GPa) para óxidos minerales de cationes “duros” Mineral con un sólo catión Cuarzo Mineral con dos cationes Perovskita No mineral Bromellita Crisoberilo Espinela Periclasa Corindón Cuarzo Cal Perovskita Rutilo Tausonita La Baddeleyita tiene un Ks = 95 GPa, sin em- bargo no corresponde a la fase más estable de ZrO2 en condiciones ambientales. Se mues- tra el Ks de la fase estable en condiciones ambientales Recuadro 5: Minerales compuestos de oxisales simples (Minerales de la forma __MOn sin OH o H2O) (Sinhalita) (p.ej: calcita) salitre (Kspar) (K-S-A) (Circón) (Olimpita) (Berlinita) Anhidrita Thenardita K-S-A = Kyanita-Sillimanita- Andalusita Minerales formados por cationes con estado de oxidación 1+ hasta 4+ Minerales formados por cationes con estado de oxidación 1+ y 2+ Minerales formados sólo por cationes con estado de oxidación 1+ Recuadro 6. Temperaturas de fusión y descomposición (d) de óxidos minerales de cationes “intermedios” y “suaves” Paramon- troseíta Eskolaíta Man- ganosita Hematita Wüstita Tugarinovita Tenorita Cuprita Zincita Casiterita Argutita Arsenolita Monteponita Romarchita Valentinita Bismita Masicolita Avicenita Montroydita sin óxidos estables Bunsenita Recuadro 7. Modelo conceptual sobre el comporta- miento de los óxidos de cationes duros e intermedios z/r bajo Enlace catión- oxígeno débil z/r intermedio Enlace catión- oxígeno fuerte z/r alto Enlaces catión- oxígeno muy fuertes, repulsión entre cationes Recuadro 8. Solubilidad de haluros de cationes duros y suaves Mineral No mineral Villiaumita Sellaíta Clorargyrita Bromargyrita Iodargyrita Halita Anión: Solubilidad de haluros de Ag+ ( ), Hg2+2( ), Na+ ( ), y Mg2+ ( ) en mol/L Recuadro 2: Dureza de óxidos minerales de cationes “duros” Bromellita Crisoberilo Espinela Periclasa Corindón Cuarzo Cal Perovskita Rutilo Shcherbinaíta Srilankita Baddeleyita Molibdita Tantita Minerales de un solo catión Cuarzo Minerales de dos cationes Perovskita Dureza (Escala de Mohs) * Una fase sintética de TiO2 (no rutilo) es el óxido de mayor dureza conocido Torianita Recuadro 3: Comportamiento de cationes “duros” a alta temperatura Catión (delineado para cationes intermedios) T de fusión (K) para óxidos de cationes “duros” Los minerales se muestran con círculos cuyo diámetro es representativo de la proporción de cada catión Minerales de acuerdo a la temperatura típica de cristalización*: Cromita Forsterita Anortita Augita Enstatita Hornblenda Ilmenita Magnetita Apatito Titanita (esfena) Circón Biotita Feldespato-K Albita Cuarzo Minerales ricos en Mg-Al-Fe-Ca-Ti Minerales ricos en Si-Na-K *El orden de cristalización en un magma depende de la presión, de las composiciones del magma y del fluido Temperatura de fusión (K) de óxidos simples de cationes “duros” Ver también recuadro 6 4+ Recuadro 4: Solubilidad de óxidos minerales de cationes “duros” Bromellita Periclasa Corindón Cuarzo Cal Rutilo Shcherbinaíta Baddeleyita Molibdita Mineral Log de la actividad del catión en agua destilada a 25 °C La Tabla Periódica de los Elementos y sus Iones para Ciencias de la Tierra L. Bruce Railsback, Department of Geology, University of Georgia, Athens, Georgia, 30602-2501 U.S.A. (rlsbk@gly.uga.edu). Traducción por: Juan Pablo Bernal, Instituto de Geología, UNAM (jpbernal@geologia.unam.mx). Esta tabla fue originalmente publicada por la Geological Society of America en inglés en GEOLOGY, v. 31, p. 737-740, doi: 10.1130/G19542.1 (”An Earth Scientist’s Periodic Table of the Elements and Their Ions” por L. Bruce Railsback), con apoyo de la United States National Science Foundation, número de contrato 02-03115. La versión 4.7 de la tabla ha sido publicada por la Geological Society of America en inglés dentro de la serie Maps & Charts, MCH092F, doi: 10.1130/2004AESPT, y puede adquirirse a través de la Geological Society of America. Elementos de Tierras Raras (ETR) (iones “duros” o “tipo A” en estado de oxidación 3+) Lantánidos ión lantano ión cerio ión cerio ión praseodimio ión neodimio ión samario ión europio ión europio (sustituye a Ca2+) ión gadolinio ión terbio ión disprosio ión holmio ión erbio ión tulio ión yterbio ión lutecio Prometio No existente en la Tierra de manera natural KAl2S 3O8 i Al2S O5 i ZrS O4 i Na3P 4 O AlP 4 O CaS 4 O Na2S 4 O d) ( d) ( d) ( d) ( 2345 Fe Fe Fe Fe Cr Cr z d) Figura 3. La Tabla Periódica de los Elementos y sus Iones para Ciencias de la Tierra. Versión en español en alta resolución disponible en <http://www.gly.uga.edu/railsback/PT.html#AvailabilitySpanish> y como suplemento electrónico (25-1-02) a este artículo en < http://satori.geociencias.unam.mx/RMCG.htm>.
  • 7. La Tabla Periódica de los Elementos y sus Iones para Ciencias de la Tierra 241 nerales, aguas naturales (dulce y/o marina), suelos, sedi- mentos, rocas ígneas, el manto, o la atmósfera, o si tienen un rol preponderante como micronutrientes. Al observar la tabla (Figura 3) es evidente que los diferentes símbolos se agrupan de acuerdo a los contornos de potencial iónico, una tendencia no evidente en la tabla periódica convencional. Por ejemplo, muchos iones con valores de 3 <ϕ <10 tienden a formar óxidos minerales, se encuentran enriquecidos en suelos y nódulos marinos de Fe-Mn, forman parte de fases minerales con mayor punto de fusión, y se encuentran me- nos empobrecidos en el manto. Igualmente, dichos iones forman los óxidos con mayor dureza, menor solubilidad y menor compresibilidad (Figura 3, recuadros 1-4 y 6). Estas tendencias son evidenciadas en la nueva tabla periódica por medio de los contornos de equipotenciales de color anaranjado. Por otra parte, aquellos cationes con ϕ <4 forman fluoruros minerales y son componentes mayoritarios en agua de ríos y océanos, así mismo en este grupo se inclu- yen iones que son nutrientes fundamentales para algunos seres vivos. De manera similar, aquellos cationes con ϕ >8, son igualmente abundantes en agua de ríos y marina, y son nutrientes importantes para plantas. Sin embargo, a diferencia de aquellas especies con bajo potencial iónico, estos cationes se encuentran formando parte de oxianiones, tales como sulfatos (S6+ en SO4 2- ), fosfatos (P5+ en PO4 3- ), nitratos (N5+ en NO3 - ) y arsenatos (As5+ en AsO3 - ), entre otros.Ambas tendencias pueden ser identificadas en la tabla por contornos equipotenciales de color azul. Los contornos equipotenciales se extienden hacia la zona de los cationes intermedios, comprendida por los iones de los elementos de transición. La parte superior de esta sección está comprendida por cationes que poseen valores de ϕ entre 3 y 8, e igualmente se encuentran enriquecidos en suelos, forman óxidos minerales, y son parte fundamental de fases minerales ígneas formadas en las etapas tempranas de cristalización. En la parte central de esta sección se en- cuentran los ácidos blandos por excelencia, caracterizados por poseer valores bajos de ϕ. Entre ellos se encuentran los iones de los principales metales de acuñación (Cu,Ag, yAu) denotados por diamantes amarillos que indican su preferen- cia para formar sulfuros, bromuros y yoduros minerales. Con excepción de los gases nobles, la única sección de la Tabla Periódica de los Elementos y sus Iones donde no se incluyen los contornos equipotenciales corresponde a los elementos en forma nativa, y que incluye en su mayoría a los metales acuñables, así como a aquellos componentes de la atmósfera. La posición relativa de estos elementos se mantiene idéntica a la de la tabla periódica convencional. Aun así, es posible trazar contornos agrupando las preferen- cias de aleación para cada elemento. Por ejemplo, aquellos elementos que forman aleaciones con Os forman un grupo discreto en la tabla, mientras que aquellos que se alían con Fe forman un grupo más grande que se traslapa con aquellos que forman aleaciones con Cu y Au. En la parte derecha de la Tabla (Figura 3) se presentan los aniones, que comprenden tanto a las bases duras como a las blandas. Los contornos equipotenciales para los aniones son similares a aquellos de los ácidos duros, sin embargo, a diferencia de los cationes, no se observan variaciones drásticas de ϕ, que varía entre -1/2 y -2; debido a que el aumento en la carga del anión conlleva, a su vez, un aumento en el radio iónico. Con respecto al comportamiento como solutos, la simbología permite observar que los aniones con valores más negativos de ϕ (bases duras), en la parte alta de la tabla periódica, presentan propiedades similares a sus análogos ácidos. Por el contrario, la parte baja de la tabla presenta a los aniones blandos: aquellos con valores de ϕ más cercanos a cero, y que preferentemente se coordinan con cationes blandos, formando sulfuros, bromuros, yoduros y teluros con ácidos blandos como Ag+ y Au+ . Por otra parte, de derecha a izquierda, o de F- y Cl- hasta C4- y O2- es la Iones menos empobrecidos del manto en la formación de la corteza Iones enriquecidos en CAIs (inclusiones ricas en Ca y Al en meteoritas) con respecto a la composición del sistema solar Iones compatibles con primeras fases en cristalizar en rocas ígneas Iones compatibles con últimas fases cristalinas en rocas ígneas debido a su gran tamaño (pincipalmente LILE) Los 8 solutos más abundantes en agua marina 9° a 16° solutos más abundantes 17° a 22° solutos más abundantes Soluto más abundante en agua de río (HCO3 -) 2° a 8° solutos más abundantes en agua de río Solutos que pueden ser nutrientes limitantes en los océanos Solutos que son macronutrientes para plantas terrestres Solutos que son micronutrientes para plantas terrestres Iones escenciales para la nutrición de algunos vertebrados (minerales escenciales) Iones que pueden ser limitantes para el crecimiento de bacterias Iones comúnmente enriquecidos en suelos residuales o sedimentos (símbolo pequeño indica menor certeza) Iones en nódulos ferromangánicos procedentes del fondo del océano, enriquecidos con respecto al agua de mar Cationes que forman minerales de fluoruros simples Cationes que forman minerales de óxidos simples Cationes que forman minerales de sulfuros simples Cationes que forman minerales de bromuros o ioduros simples Cationes que forman minerales con base en un oxianión (p.ej: S6+ en sulfatos, A5+ en arsenatos) Aniones que forman minerales con K+ y Na+ Aniones que forman minerales con Mg2+ Aniones que forman minerales con Al3+, Ti4+ y Zr4+ Aniones que forman minerales con Si4+ Aniones que forman minerales Cu+ Aniones que forman minerales Ag+ Aniones que forman minerales Au+ Figura 4. Detalle de la simbología utilizada en la Tabla Periódica de los Elementos y sus Iones para Ciencias de la Tierra.
  • 8. Bernal y Raislback 242 MoO4 2- , y solamente liberarán al oxígeno en presencia de una base más dura (como F- ) o al ser reducidos. La existencia de óxidos minerales puede ser explicada de manera similar a la especiación de los cationes en medio acuoso (Figura 3, recuadro 7). Cationes con valores de ϕ bajos forman enlaces débiles con el ión óxido, por lo que no forman óxidos minerales, ni son retenidos en los suelos como óxidos o hidróxidos; estos cationes se disuelven fácilmente en agua, lo que los ha convertido en nutrientes importantes para plantas y algunos otros seres vivos (p. ej., Na+ , K+ ). La incapacidad que tienen estos iones para formar enlaces estables con el ión O2- también implica que estos cationes sólo son incorporados en las fases minerales de más baja temperatura (biotita, muscovita, feldespato-K) y, por lo tanto, en las últimas etapas de cristalización. Por otra parte, aquellos cationes con valores altos de ϕ (p. ej., P5+ , N5+ , S6+ , entre otros) forman enlaces extremadamente estables con el ión óxido; sin embargo, la alta densidad de carga posi- tiva del catión central ejerce atracción hacia los electrones del ión O2- , polarizando efectivamente la distribución de electrones en el enlace catión-oxígeno hacia el centro del oxanión, evitando que éste pueda formar enlaces con otro catión a través del oxígeno y formar la base de una posible estructura del óxido mineral correspondiente. Lo anterior tiene como resultado no sólo la ausencia de óxidos minerales de este tipo de cationes, sino también que estos iones sean muy solubles en agua y, por lo tanto, abundantes en aguas naturales (dulces y/o marinas), y que sean considerados como elementos incompatibles con fases minerales ígneas. Finalmente, aquellos cationes con ϕ intermedia, 4 <ϕ <10 (p. ej., Si4+ ,Al3+ ), forman enlaces con oxígeno relativamente fuertes, sin embargo, la densidad de carga en el centro del ión no es lo suficientemente alta como para evitar que el oxígeno pueda formar enlaces con otros cationes. De esta manera, estos iones pueden formar óxidos e hidróxidos minerales, e incorporarse a fases minerales ígneas de alta temperatura que se forman en las etapas tempranas de la cristalización magmática. Su estabilidad como óxidos y/o hidróxidos les confiere poca solubilidad en agua y, por ende, son relativamente poco abundantes en aguas naturales. El comportamiento de los iones con valores diferentes de ϕ en solución acuosa tiene también implicaciones en estudios de petrología ígnea. En particular permite expli- car porqué los basaltos generados en zonas de subducción poseen composiciones de elementos traza muy diferentes a las de aquellos generados en otros ambientes tectónicos. Los basaltos de arco, por ejemplo, muestran enriquecimientos en elementos LIL(bajo ϕ), pero concentraciones de elementos HFS (muy alto ϕ) similares a las observadas en basaltos de dorsales oceánicas (N-MORB Figura 6). Tales anomalías son generalmente interpretadas como el resultado de proce- sos metasomáticos en la cuña del manto, originados por la deshidratación de diversos minerales de la corteza oceánica y sedimentos subducidos (p.ej., filosilicatos y anfíboles) (Tatsumi y Kogiso, 2003). De esta manera los elementos LIL, al ser solubles en agua, pueden ser transportados ha- transición de aniones que forman minerales con cationes duros (por ejemplo K+ y Na+ ) hasta aquellos que forman minerales con cationes duros con valores de ϕ extremos (p. ej., Al3+ y Si4+ ). LA INTERACCIÓN CATIÓN-O2- La diferencia entre los cationes de bajo y alto ϕ puede ilustrarse a partir de la interacción de éstos con el ión O2- . Mientras que los iones de bajo ϕ sólo ejercen cierta atrac- ción electrostática sobre el anión óxido, aquellos cationes con alto ϕ concentran tal cantidad de carga positiva que forman enlaces con el oxígeno de alto carácter covalente, difíciles de romper. Lo anterior adquiere mayor importancia al considerar que el oxígeno es el elemento más abundante en la Tierra (McDonough y Sun, 1995), e implica que la sola interacción catión-oxígeno es el principal regulador de los procesos de diferenciación geoquímica. Para ilustrar lo anterior, la interacción entre iones con diferente valor de ϕ y moléculas de H2O resulta interesante. De manera general, ϕ se incrementa gradualmente hacia la derecha en cualquier fila de la parte izquierda de la tabla. En una solución acuosa, los iones con valores menores de ϕ (p. ej., Na+ , K+ ) solamente logran inclinar ligeramente el dipolo de las moléculas de H2O hacia el centro de carga positiva (Figura 5a) (Carrillo-Tripp et al., 2003), mientras que cationes con valores de ϕ ligeramente mayores (como Mg2+ y Ca2+ ) logran orientar de manera efectiva el dipolo de las moléculas de H2O alrededor de ellos (Figura 5b) (Bernal-Uruchurtu y Ortega-Blake, 1995). Aquellos iones con valores mayores de ϕ (p. ej.,Al3+ ) inducen tal atracción al oxígeno de las moléculas del agua, que generan de manera casi espontánea reacciones de hidrólisis del tipo: Al3+ + 2nH2O ⇔ Al(OH)n 3-n + nH3O+ (3) n = 1 – 5 de tal manera que solamente es posible encontrar aluminio disuelto no ligado a oxígeno en ambientes muy ácidos, tales como el drenaje ácido procedente de desechos mine- ros (p. ej., Cidu et al., 1997), mientras que en ambientes menos ácidos o neutros el aluminio se encontrará formando complejos tipo hidróxido, descritos como productos en la Ecuación 3 (Figura 5c) (Hiradate, 2004). Iones con mayor potencial iónico (p. ej., C4+ , Si4+ ) no existen como tal en so- lución acuosa, sino que se encuentran siempre coordinados por el ión óxido o hidróxido, por ejemplo CO3 2- y Si(OH)4 (Figura 5d) (este último comúnmente representado como H4SiO4, Krauskopf y Bird, 1995). Finalmente, la interacción entre cationes con valores extremos de ϕ (p. ej., N5+ , S6+ ) con oxígeno tiene como resultado enlaces altamente cova- lentes, formando oxianiones muy estables, como NO3 - y SO4 2- (Figura 5e) (Cotton y Wilkinson, 1988). Los cationes de átomos muy pesados con alta carga (p. ej., U6+ , W6+ y Mo6+ ) también formarán oxianiones como UO2 +2 , WO4 2- o
  • 9. La Tabla Periódica de los Elementos y sus Iones para Ciencias de la Tierra 243 z/r = ϕ 1/0.95 = 1.05 2/0.65 = 3.07 3/0.5 = 6.0 4/0.41 = 9.75 5/0.11 = 45 a) Na+ + H2 O b) Mg2+ (H2 O)6 c) AlOH2+ + H3 O+ d) Si(OH)4 e) NO3 - cia la cuña del manto por los fluidos generados durante la subducción, mientras que la baja solubilidad en agua de los HFS (debido a su alto valor de ϕ) evita su movilización, por lo que es común encontrarlos en fases minerales presentes en la placa metamorfizada (p. ej., Tiepolo et al., 2000; Scambelluri et al., 2001). Las disoluciones generadas en estos procesos, enriquecidas en LILy empobrecidas en HFS, pueden interactuar con la cuña del manto (Murphy, 2007) y alterar la abundancia de elementos LIL en los magmas máficos generados en zonas de arco, dando como resultado perfiles de elementos similares al que se muestra en la Figura 6, donde los elementos LIL se encuentran enriquecidos con respecto a N-MORB, al tiempo que los HFS se encuentran en proporciones similares a los N-MORB. Figura 5 Modelo conceptual para ilustrar la interacción entre cationes con potencial iónico diferente (ϕ) con moléculas de agua y/o iones óxido. La representación de los iones no se encuentra escalada a su radio iónico. a: Moléculas de agua parcialmente inclinadas hacia el catión Na. b: Ión Mg2+ rodeado de moléculas de agua orientadas hacia el ión. c: Ión AlOH2+ y H3O+ , productos de la hidrólisis del H2O por el ión Al3+ de acuerdo a la Ecuación 3. d: Estructura del H4SiO4, un ácido débil, que no puede liberar iones OH- , pero puede perder dos H+ en medios muy alcalinos. e: Ión NO3 - , en el cual la atracción generada por el nitrógeno hacia los átomos de oxígeno, impide que se estos últimos formen enlaces estables con H+ .
  • 10. Bernal y Raislback 244 Cs Rb Ba Th U Nb Ta K La Ce Pb Sr P Nd Zr Hf Sm Eu Ti Y Yb Lu 1 10 100 Muestra / N-MORB LILE HFSE A pesar de que la Tabla Periódica de los Elementos y sus Iones para Ciencias de la Tierra clasifica a las diferentes especies de acuerdo con su estado de oxidación, es nece- sario recalcar que esta representación no necesariamente implica que todos los iones participarán en los procesos de diferenciación geoquímica como iones libres. Esto es parti- cularmente cierto para los cationes con alto ϕ, los cuales se encontrarán en la mayoría de los casos unidos a iones óxido y/o hidróxido. De manera general, no es posible encontrar cationes con estado de oxidación >3+ que no estén unidos a una base dura, típicamente O2- y/o F- y/o OH- (Cotton y Wilkinson, 1988). La universalidad de este principio es sorprendente, pues tal comportamiento se observa tanto en la diferenciación pegmatítica (Ringwood, 1955b), como en aguas naturales a temperatura ambiente (Brookins, 1988). VENTAJAS Y LIMITACIONES La Tabla Periódica de los Elementos y sus Iones para Ciencias de la Tierra es una herramienta que permite comprender con mayor facilidad el comportamiento de los diferentes elementos y sus iones bajo diversas condiciones de diferenciación. La clasificación que aquí se presenta no busca aportar conocimientos ni teorías nuevas sobre el comportamiento de los elementos, sin embargo, permite al usuario visualizarlos de una manera más sencilla y rápida. Por ejemplo, previamente se mencionó que el Cu+ no sus- tituye al Na+ en los feldespatos debido a que estas especies son ácidos blando y duro, respectivamente. Aunque dicho comportamiento se encuentra previsto en los principios de sustitución de Goldschmidt, en particular por el que esta- blece que la sustitución puede ser nula o limitada a medida que se incrementa la diferencia de electronegatividad de los iones en competencia (Faure, 1991), resulta más rápido, sencillo e ilustrativo identificar dicho comportamiento por la posición de los respectivos iones en la tabla, ya que de otra manera es necesario contar con datos de electronega- tividad para cada ión y elemento. Adicionalmente, el uso de la Tabla Periódica de los Elementos y sus Iones no sólo permite evaluar la factibilidad de una posible sustitución isomórfica rápidamente, sino que también permite extra- polar dicho comportamiento a elementos y iones vecinos a través del uso de los contornos equipotenciales. El uso de ϕ como factor de clasificación y los con- tornos equipotenciales deben ser utilizados con precaución. Lo anterior es debido a que el radio iónico y, por lo tanto ϕ, (Ecuación 2) de cada ion es dependiente del número de coordinación (NC). Aunque los contornos equipotenciales en la tabla han sido trazados utilizando el NC más común, hay algunos elementos que pueden adoptar distintos NC, siendo elAl3+ , probablemente, el caso más notable. Este ión puede ocupar de manera indistinta sitos tetraédricos (NC=4) y octaédricos (NC=6) en la estructura de diversos minera- Figura 6. Distribución de elementos traza en basaltos de arco provenientes del Cinturón Volcánico Trans-Mexicano (Morán-Zenteno, comunicación per- sonal) normalizados contra N-MORB (Sun y McDonough, 1989). Nótese como los elementos LIL se encuentran marcadamente enriquecidos, mientras que los elementos HFS se encuentran en proporciones similares a N-MORB. El enriquecimiento aparente del Th es resultado de la baja concentración de este elemento tanto en la muestra como en N-MORB, y de la incertidumbre asociada a ambos valores. Un análisis de propagación de errores demuestra que Thmuestra/ThN-MORB = 4.87 ± 4.15.
  • 11. La Tabla Periódica de los Elementos y sus Iones para Ciencias de la Tierra 245 les, por ejemplo las arcillas (Moore y Reynolds, 1997), lo que implica que dentro de la estructura de un mineral, los iones Al3+ pueden presentar dos radios iónicos diferentes (0.39 y 0.535 Å, respectivamente; Shannon, 1976), y por ende valores distintos de ϕ (7.69 y 5.60, respectivamente), dependiendo del sitio en la estructura que ocupen. Aunque lo anterior podría sugerir comportamientos diferentes para ambos tipos de Al3+ , los valores de ϕ se encuentran dentro del rango delimitado por los dos contornos equipotenciales de color naranja en la Figura 3 (z/r =4 y z/r = 8), por lo que considerar al NC = 6 como el más común para el Al3+ , tan sólo resultaría en un ligero desplazamiento del contorno equipotencial z/r = 8 hacia el centro de la tabla, más no indicaría un comportamiento geoquímico diferente para el Al3+ al que se presenta en la tabla. Conclusiones similares pueden obtenerse de otros iones con comportamiento similar al Al3+ , tales como Fe3+ y Mg2+ , entre otros. CONCLUSIONES La clasificación de los iones de acuerdo a sus posibles estados de oxidación en la naturaleza evidencia tendencias que permiten sistematizar el comportamiento de los ele- mentos y sus iones ante diversos procesos de diferenciación geoquímica. Dichas tendencias habían sido ya evidenciadas de manera semiempírica en la clasificación de los elementos de Victor Goldschmidt (Goldschmidt, 1937; Goldschmidt y Muir, 1954) y de otros autores (Cartledge, 1928a; Cartledge, 1928b; Ringwood, 1955a). Asimismo, la clasificación evi- dencia que las dos principales propiedades intrínsecas de los iones, potencial iónico y polarizabilidad, son los factores moduladores de los principales procesos de diferenciación geoquímica elemental. Cabe mencionar que aunque dichos términos se presentan de una manera simplificada, en rea- lidad corresponden a propiedades complejas de los iones. El lector interesado en profundizar en dichos términos, así como en la teoría de ácidos y bases duros y blandos, debe referirse a la las referencias originales (Pearson, 1963), a la literatura química especializada (p. ej., Cotton y Wilkinson, 1988; Huheey, 1993), así como a revisiones recientes (Ayers et al., 2006; Ayers, 2007). La Tabla Periódica de los Elementos y sus Iones para Ciencias de la Tierra no pretende ser una sustitución de la tabla periódica tradicional; ambas son complementarias al presentar y evidenciar información que no está presente en la contraparte. Es de vital importancia, sin embargo, conocer y entender la tabla periódica tradicional, para po- der valorar muchas de las ventajas que la clasificación de los elementos y sus iones propuesta por Railsback (2003) ofrece. La generalización y sistematización de los procesos de diferenciación geoquímica presentados por Railsback (2003) hace de La Tabla Periódica de los Elementos y sus Iones para Ciencias de la Tierra una herramienta de vital importancia para los estudiosos de las Ciencias de la Tierra. Finalmente, el lector es referido a los trabajos originales (Railsback, 2003; Railsback, 2005) con el fin de ampliar la comprensión de la tabla a partir de los ejemplos y aplica- ciones ahí presentes. AGRADECIMIENTOS La versión original de la Tabla Periódica de los Elementos y sus Iones para Ciencias de la Tierra fue finan- ciada por la United States National Science Foundation, número de contrato 02-03115. Los autores agradecen a M.I. Bernal-Uruchurtu por la valiosa ayuda en la preparación de la Figura 5. Asimismo agradecen a Dara Salcedo, Arturo Gómez Tuena, Dante Morán por la revisión y comentarios sobre versiones preliminares del manuscrito. La revisión ex- haustiva de la Figura 3 por la Dra. Teresa Orozco, así como sus comentarios y los de un revisor anónimo resultaron en mejoras significativas del presente documento. APÉNDICE A. SUPLEMENTO ELECTRÓNICO Una versión en alta resolución de la Tabla Periódica de los Elementos y sus Iones para Ciencias de la Tierra está disponible en el sitio web de la revista <http://satori. geociencias.unam.mx/>, en la tabla de contenido de este número (suplemento electrónico 25-2-02). REFERENCIAS Abbott, R.N., 1994, Electronic polarizability of oxygen and various cat- ions in selected triclinic minerals; point-dipole theory: Canadian Mineralogist, 32(4), 909-918. Albarede, F., 2003, Geochemistry, an Introduction: Cambridge, UK, Cambridge University Press., 248 pp. Auboiroux, M., Melou, F., Bergaya, F., Touray, J.C., 1998, Hard and soft acid-base model applied to bivalent cation selectivity on a 2:1 clay mineral: Clays & Clay Minerals, 46(5), 546-555. 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