Cuales son los minerales sólidos

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Definición de mineral.
Propiedades de los minerales. Minerales más importantes.

DEFINICIÓN.

Los minerales son sólidos cristalinos; son sustancias inorgánicas, naturales, con una composición específica que puede ser definida bajo una fórmula química.

Así, quedan excluidos del concepto de mineral, las sustancias que tengan un origen orgánico, o que se han formado mediante la intervención del ser humano. También los componentes de la atmósfera y el agua de los océanos, mares o ríos, no son mineral. Por ejemplo, el azúcar, el vidrio que utilizamos en la elaboración de vasos, espejos, ventanas, etc., la cal, también es un producto que se origina de una forma no natural, por lo tanto no es mineral. 

En relación a que tienen una composición química definida:

Calcita (CaCO3) = carbonato de calcio.

Hielo (H2O) = estado sólido del agua.

Pirita (S2Fe) = sulfuro de hierro.

Galena (SPb) = sulfuro de plomo.

Halita (NaCl) = cloruro de sodio (sal común).

Son minerales; se pueden expresar bajo una fórmula química, tienen origen natural, son sólidos cristalinos; por lo tanto, cumplen con lo exigido en la definición.

Un cristal es la forma externa ideal de un sólido cristalino. Así, un cristal es un sólido geométrico regular limitado por caras de cristal, las cuales son superficies planas que se cortan a lo largo de líneas rectas y dan bordes rectos.

Los cristales desarrollan su forma externa durante el proceso de cristalización, el cual es un proceso de adición de átomos o iones uno a uno. Encajado cada uno en su lugar apropiado dentro de un esquema conocido como malla cristalina.

Cuando una roca cristaliza un mineral ocupa una cavidad irregular, el borde exterior del cristal se modelará ajustado a la superficie irregular, con lo cual no se verá la verdadera forma externa del cristal. Sin embargo la estructura interna del cristal se ajustará exactamente a la disposición correcta de átomos en la malla cristalina.

La estructura atómica de un mineral o cristal, se refiere a la disposición interna ordenada de átomos en un sólido cristalino. Así dicha estructura y composición química juegan un importante papel en las carácterísticas físicas y químicas de los minerales.

PROPIEDADES FÍSICAS MÁS RESALTANTES DE LOS MINERALES.

1.- Exfoliación Y FRACTURA

A) Exfoliación

Es la tendencia que presentan algunos minerales a romperse a lo largo de superficies de debilidad (planos de exfoliación)
. Tales superficies guardan una estrecha relación tanto con la estructura atómica interna como con la forma externa del cristal. Por ejemplo: las micas, tienen exfoliación perfecta.

B) Fractura

Cuando un mineral carece de exfoliación, se rompe según diversas formas carácterísticas de superficies de fractura. Así, el cuarzo tiene fractura concoidea. Otros tipos de fracturas son: irregular, regular, astillosa, ganchuda.

2.- PESO ESPECIFICO

Cada especie mineral tiene un peso específico determinado, el cual es el resultado de dividir su densidad entre la densidad del agua a 4 °C. Esta es una propiedad de gran importancia en un mineral, ya que determina la densidad de una roca dada, la cual no es más que una mezcla de minerales. Además ayuda en la identificación de un mineral.

3.- DUREZA

Dureza mineral, es el grado en que una superficie mineral (no alterada) resiste al ser rayada. Es de gran importancia geológica, ya que determina con que facilidad  se desgasta un mineral por la acción abrasiva de las aguas, olas, vientos, glaciares, o de su resistencia a la acción de erosión y transporte.

Escala de Dureza (s. Mohs)

1.- Talco (el más blando)

2.- Yeso (es rayado por la uña)

3.- Calcita (se raya con una moneda de cobre)

4.- Fluorita

5.- Apatito (puede ser rayado con una navaja, vidrio)

6.- Ortosa (se raya con lima de acero)

7.- Cuarzo

8.- Topacio

9.- Corindón

10.- Diamante (el más duro)

Cada mineral de la escala, raya todos los números inferiores, pero será rayado por los de números superiores. Así el topacio raya al cuarzo, pero el topacio no es rayado por el cuarzo.

4.- BRILLO

El aspecto de una superficie mineral (no alterada o meteorizada) a la luz reflejada, se conoce como brillo mineral. Este brillo puede ser: metálico, vítreo, resinoso, sedoso o nacarado.

5.- COLOR

Aunque muchas especies minerales tienen variedades que difieren notoriamente de color, ciertos minerales poseen un color mineral carácterístico que es de gran utilidad para su identificación. Así tenemos:

Verde oliva: olivinos.

Incoloros: cuarzo, calcita, yeso.

Blancos: feldespato Ortosa (feldespato potásico).

Negros: Biotita (mica negra).

Rojo-terroso: óxidos de hierro, tales como hematita, limonita, que dan un color carácterístico a las rocas donde se encuentran presente, ejemplo: arenisca roja.

6.- RAYA

Es la raya mineral de polvo de color carácterístico, la cual ocurre cuando una muestra (no alterada) de mineral se frota o rasca contra la superficie (no vidriada) áspera de una placa de porcelana o losa blanca. Esta carácterística es bastante útil para identificar el mineral, sin embargo, es importante mencionar que algunos minerales diferentes rayan de forma similar.

Agrupación Química DE LOS MINERALES. Clasificación.

Los mineralogos utilizan un sistema de diversas clases químicas que agrupan, en cada clase, minerales de similitudes químicas y los cuales, a menudo, se presentan en el mismo contexto geológico. Así tenemos:

A) Elementos nativos

Primeramente tenemos los elementos nativos, los cuales son una clase distinta de los compuestos. Como ejemplo tenemos: el cobre y el oro nativos, ambos metales; mientras que el azufre nativo y el diamante son no-metales.

B) Los compuestos

Comprenden óxidos, sulfuros, carbonatos, haluros, sulfatos, silicatos hidratados e hidróxidos. Los sulfuros son una clase muy importante en minería, ya que abarcan la mayoría de las menas minerales comunes. Los carbonatos, haluros y sulfatosson una clase de gran importancia entre los sedimentos y las rocas sedimentarias; se forman con gran facilidad en ambientes superficiales, bien sea en tierras emergidas, o en los fondos de los lagos o del océano. Los silicatos son minerales que incluyen el ión silicato (SiO4), constituyen la mayor parte de la masa de todas las rocas ígneas. Los silicatos hidratados y los hidróxidosson minerales caracterizados por la inclusión del ión hidroxilo (OH¯) o la molécula de agua (H2O) en sus fórmulas químicas. Es muy importante recordar que los minerales de esta clase se forman en la superficie terrestre o cerca de ella, donde abunda el agua, están carácterísticamente asociados a la descomposición de las rocas y la formación del suelo. Como ejemplo tenemos, caolín, bauxita, limonita, etc.

Otra carácterística importante de los minerales son el polimorfismo y el isomorfismo.

POLIMORFISMO

El polimorfismo mineral es la propiedad de algunos minerales de igual composición, para cristalizar bajo dos formas distintas de estructuras atómicas diferentes. Como ejemplo podemos citar:

MINERAL

Composición Química

SISTEMA CRISTALINO

Grafito

C

Hexagonal

Diamante

Isométrico

Calcita

CaCO3

Hexagonal

Aragonito

Rómbico

Pirita

FeS2

Isométrico

Marcasita

Ortorrómbico

ISOMORFISMO

El isomorfismo mineral es la propiedad que poseen ciertos minerales, o sustancias minerales de distinta composición química (similar o parecida) e igual forma cristalina, de dar mezclas homogéneas sin limitación (o, en algunos casos, dentro de ciertos límites). Ejemplo:

MINERAL

Composición Química

SISTEMA CRISTALINO

Olivino

(Mg,Fe)2SiO4

Ortorrómbico

Fayalita

Fe2SiO4

Ortorrómbico

Forsterita

Mg2SiO4

Ortorrómbico

Albita (plagioclasa)

NaAlSi3O8

Triclínico

Anortita (plagioclasa)

CaAl2Si2O8

Triclínico

SISTEMAS CRISTALINOS

Los cristales minerales pertenecen a alguno de los seis sistemas cristalinos existentes, cada uno de ellos está definido en términos de sus ejes cristalográficos, es decir, aquellos ejes que rigen la posición de las caras del cristal. Todos los sistemas  cristalinos tienen tres ejes cristalográficos, con excepción del sistema hexagonal, que tiene cuatro.

SISTEMA

CRUZ AXIAL

1.- Isométrico, cúbico o regular

a = b = c

a = b = c = 90°

a, b = ejes horizontales

c = eje vertical

2.- Tetragonal

a = b ≠ c

a = b = c = 90°

a, b = ejes horizontales

c = eje vertical

3.- Hexagonal

a = b = c ≠ d

a = b = c = 60°; d=90°

a, b, c = ejes horizontales

d = eje vertical

4.- Rómbico

a ≠ b ≠ c

a = b = c = 90°

a, b = ejes horizontales

c = eje vertical

5.- Monoclínico

a ≠ b ≠ c ≠

a = c = 90° ≠ b

a, b = ejes horizontales

c = eje vertical

6.- Triclínico

a ≠ b ≠ c

(a ≠ b ≠ c ) ≠ 90°

a, b = ejes horizontales

c = eje vertical

Cruz axial de cada sistema: consta de ejes y de ángulos cristalográficos. Son elementos cristalográficos carácterísticos de cada sistema.

ALGUNAS CLASES Químicas DE MINERALES MAS COMUNES (tomado de Geología Física, A. Strahler)

GRUPO

Clase Química

Mineral Representativo

Símbolo

Elementos nativos

A) Metales

Oro 

Au

Cobre Nativo

Cu

B) No metales

Diamante

C

Azufre nativo

S

Descripción

Mineral representativo

Composición

Fórmula química

Compuestos

Óxidos

Elementos combinado con oxigeno

Cuarzo

Dióxido de sílice

SiO2

Hielo

Estado sólido del agua

H2O

Hematita

Sesquióxido de hierro

Fe2O3

Sulfuros

Elementos combinados con azufre (S)

Galena

Sulfuro de plomo

PbS

Pirita

Sulfuro de hierro

FeS2

Blenda

Sulfuro de Zinc

ZnS

Carbonatos

Elementos combinados con el ión carbonato (CO3)

Calcita

Carbonato de calcio

CaCO3

Aragonito

Carbonato de calcio

CaCO3

Dolomita

Carbonato de calcio y magnesio

Mg, Ca(CO3)2

Haluros

Compuestos de los elementos halógenos: cloruro, bromuro, yoduro, floruro

Halita 

Cloruro de sodio

NaCl

Fluorita

Fluoruro cálcico

CaF2

Sulfatos

Elementos combinados con el ión sulfato (SO4)

Yeso

Sulfato cálcico hidratado

CaSO2(H2O)

Anhidrita

Sulfato cálcico

CaSO4

Silicatos

Elementos combinados con el ión silicato (SiO4)

Olivino

Silicato de hierro o magnesio

(Mg, Fe)2SiO4

Ortosa

Feldespato potásico

(K, Na)AlSi3O8

Albita

Plagioclasa sódica

NaAlSi3O8

Anortita

Plagioclasa cálcica

CaAl2Si2O8

Silicatos hidratados

Son minerales arcillosos. Compuestos derivados de la uníón de aguas con minerales silicatos

Caolín

Aluminosilicato hidratado derivado de feldespatos

Illita

Aluminosilicato hidratado complejo derivado de las micas

Hidróxidos

Compuestos derivados de la uníón de agua con óxidos de los metales hierro, aluminio, aluminio, manganeso

Bauxita

Sesquióxido de aluminio hidratado

Al2O3 2(H2O)

Limonita

Sesquióxido de hierro hidratado

2Fe2O3 3(H2O)

BREVE DESCRIPCIÓN DE MINERALES MAS COMUNES FORMADORES DE ROCAS Ígneas

Los minerales más comunes formadores de rocas ígneas son, en su mayoría, compuestos silicatos. Entre ellos podemos citar: olivino, grupo del piroxeno, grupo del anfíbol, grupo de la mica, grupo de los feldespatoides, y cuarzo. Siendo este último una excepción, ya qué es un óxido simple de silicio (SiO2).

Antes de describir cada uno de estos grupos, hablemos brevemente de los silicatos.

Los silicatos

Los minerales silicatos son aquellos en los que varios iones metálicos están combinados con el ión silicato. Son compuestos de silicio y oxígeno. Una excepción resulta ser el cuarzo, que es un óxido simple de silicio y oxígeno (cuarzo = SiO2). Los principales minerales silicatos constituyen, aproximadamente, el 92% de la masa de las rocas ígneas, por lo tanto, los minerales silicatos son de vital importancia en la clasificación y en las variedades de rocas concretas del grupo ígneo.

A continuación pasaremos a describir, en términos de composición química y propiedades físicas, los siete minerales o grupos de minerales silicatos más importantes.

Olivino

Los olivinos son silicatos de hierro y magnesio. Forman una serie de disolución sólida con la forsterita(Mg2SiO4) y la fayalita(Fe2SiO4). La composición química del olivino es (Mg, Fe)2SiO4. El hierro y el magnesio son ambos, metales pesados, cuya presencia le da al olivino un peso específico elevado, el cual oscila entre 3,3 y 4,4 según la creciente porción en hierro. A continuación se presenta una lista con las propiedades físicas y químicas del olivino.

Color: Verde amarillento a verde oliva. Las rocas ricas en olivino tienen un tono verdoso.

Peso específico: 3,3 – 4,4

Fractura: concoidea. 

Brillo: vítreo

Dureza: 6,5 – 7 (según Escala de Dureza de Mohs)

Forsterita: olivino puro de magnesio (Mg2SiO4)

Fayalita: olivino puro de hierro (Fe2SiO4)

Sistema de cristalización: rómbico.

Grupor del piroxeno

Este grupo comprende varios minerales que son silicatos de hierro, magnesio, calcio y aluminio. El silicio y el oxígeno se presentan en proporción de 1:3 (SiO3); pero si comparamos con la proporción en el olivino, esta es de 1:4 (SiO4), también cabe mencionar que en el olivino no hay presencia de aluminio, entre los piroxenos más comunes mencionaremos augita (piroxeno alumínico, monoclínico que van desde las variedades diopsídicas a las ferruaugitas ricas en CaFeSi2O6); hiperstenos (piroxeno rómbico, no alumínico próximo a (Mg, Fe)SiO3); también el diópsido (CaMgSi2O6); enstatita(MgSiO3); ferrosilita (FeSiO3); hedenbergita (CaFeSi2O6); egirina(NaFeSi2O6); entre otros.

A continuación se presenta una lista con las propiedades físicas y químicas más resaltantes del piroxeno augita.

Fórmula química: (Ca,Na)(Mg,Fe,Al)(SiAl)2O6). En la augita, el calcio (Ca) siempre está presente pero puede ser sustituido parcialmente por el sodio (Na). También el magnesio (Mg) y el hierro (Fe) están presentes en cantidades muy importantes.

Sistema de cristalización: monoclínico

Exfoliación: en planos de 87º - 93º, a simple vista, la exfoliación parece de ángulo recto (90º)

Peso específico: 3,2 – 3,5

Dureza: entre 5 y 6

Brillo: vítreo en la superficie de exfoliación

Color: verde oscuro a negro

Grupo del anfíbol

El anfíbol es un silicato complejo que contiene proporciones variables de Ca, Mg, Fe y Al. Existe una marcada diferencia entre la composición de los anfíboles y los piroxenos, ya que los primeros incluyen en su fórmula el ión hidroxilo (OH¯), no presente en los piroxenos. El miembro más común de este grupo es el anfíbol horblendacuyas propiedades físicas y químicas más resaltantes, se presentan en la siguiente lista.

Fórmula química: (Ca,Na)2-3(Mg,Fe,Al)5Si6(Si,Al)2O22(OH)2

Color: verde oscuro a negro

Sistema de cristalización: monoclínico

Peso específico: 3,2

Dureza: 5,5

Brillo: sedoso

Exfoliación: presenta exfoliación diferente a la de los piroxenos. Los dos juegos de planos de exfoliación paralelos se cortan oblicuamente, con ángulos de 124º (obtusos) y 56º (agudos) entre los planos de exfoliación. Las superficies de exfoliación presentan una textura fibrosa y una apariencia que puede ser sedosa.

Nota: como puede notarse, la augita y la hornblenda se parecen en muchos aspectos, sin embargo difieren notoriamente en lo que a exfoliación se refiere.

Grupo de la mica

Este importante grupo comprende varios silicatos de aluminio en que el potasio (K) está siempre presente junto con el ión hidroxilo y, en los que puede o no, haber magnesio y hierro. Una propiedad física muy importante de estos minerales es que poseen una exfoliación perfecta, según un único juego de planos paralelos. La dureza de las micas es bastante baja, oscila entre 2,5 y 3 en la escala de Mohs. Del presente grupo, las micas más comunes son: biotita (mica oscura, verde a parda oscura en láminas delgadas y negra en masas gruesas) y la moscovita (mica clara, de incolora a transparente en láminas delgadas). La mica moscovita es un excelente aislante eléctrico. A continuación se hace un listado de las propiedades más resaltantes de estos minerales.

Moscovita

Color: tono claro. En láminas de exfoliación delgadas se observa incolora a transparente

Fórmula químicaKAl2(AlSi3O10)(OH)2

Peso específico: 2,8 a 2,9

Biotita

Color: oscuro. Verde a parda oscura en láminas delgadas y, negra en masas gruesas.

Fórmula químicaK(Mg,Fe)3(AlSi3O10)(OH)2

Peso específico: 2,8 a 3,2

Nota: si observamos la fórmula química de la biotita y la comparamos con la de la moscovita, podemos notar la presencia de magnesio y hierro en la primera; este es el motivo por el cual la biotita tiene mayor densidad que la moscovita.

Grupo de los feldespatos

Consisten en silicatos de aluminio con uno o dos de los iones potasio (K), Calcio (Ca) o Sodio (Na). Según sea el que esté presente de los tres metales mencionados, los feldespatos se han subdividido en dos grandes grupos; así tenemos: los feldespatos alcalinos (con presencia de Na y/o K) y los feldespatos plagioclasas (con presencia de Ca y/o Na). Es muy importante mencionar que el potasio (K) y el calcio (Ca) no se presentan juntos. En relación al subgrupo de las plagioclasas, la albita (NaAlSi3O8) representa el extremo alcalinode la serie, mientras que la anortita (CaAl2Si2O8) representa el extremo cálcicoNótese, que a medida que se pasa del extremo alcalino al cálcico, el porcentaje de alúmina casi se duplica, mientras que el de sílice disminuye. Más adelante, en lo que concierne a las rocas ígneas veremos con mayor detalle, que la plagioclasa del tipo cálcico está asociada a rocas ígneas completamente diferentes a aquellas donde predominio de plagioclasa de tipo alcalino. Sin embargo, podemos mencionar que en un granito hay predominio del feldespato alcalino, mientras que en un gabro el predominio es del cálcico.

Plagioclasas

Sistema de cristalización:triclínico

Exfoliación:perfecta según un juego de planos, y buena según otro, los cuales se cortan formando ángulos de 86º. 

Peso específico:oscila entre 2,6 a 2,8.

Color:el de la albita es blanco opaco, algo parecido al de la porcelana, también pueden ser grises. Las plagioclasas intermedias (andesina, labradorita), presentan un efecto iridiscente de varios colores.

Dureza: 6

Feldespatos alcalinos

A menudo se llaman feldespatos potásicos, cuando son ricos en K. Estos feldespatos están representados por una serie de soluciones sólidas entre Na y K. Así, la ortosa y la microclina son feldespatos potásicos comunes, de los cuales se dan mayores detalles en la siguiente lista.

• Mineral ortosa:

Sistema de cristalización:monoclínico

Fórmula química:(K,Na)AlSi3O8

Exfoliación:perfecta, según un juego de planos, y bueno según otro juego perpendicular.

Brillo:vítreo

Color:tono incoloro y blanco, gris o color carne (algo gris rosado)

Peso específico:2,5 – 2,6

• Mineral microclína:

Fórmula: (K,Na)AlSi3O8

Sistema de cristalización: triclínico

Color: entre blanco y amarillo pálido, pero puede ser rojo o verde

Peso específico y dureza: similares a los de la ortosa

Cuarzo

De fórmula SiO2, es uno de los minerales más habituales presente entre los tres grandes grupos de rocas, el cuarzo es un dióxido de sílice, del que se dan mayores detalles en la siguiente lista.

Fórmula química: SiO2

Sistema de cristalización: hexagonal, es común presentarse en forma de prisma hexagonal, terminado en una pirámide hexagonal

Fractura: concoidea

Exfoliación: no presenta


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