Fundamentos de Mineralogía: Estructura, Propiedades y Clasificación

Introducción al Estudio de los Minerales

El estudio de los minerales resulta de máximo interés tanto científico como económico. Los minerales:

• Aportan información sobre sus condiciones de formación.
• Suministran datos sobre los ambientes del pasado.
• Ayudan a explicar fenómenos geológicos macroscópicos.
• Constituyen un recurso natural de utilidades muy variadas y elevado valor económico.

Definición de Mineral

UN MINERAL es un sólido natural y homogéneo formado por procesos inorgánicos, que tiene una disposición atómica ordenada y una composición química y propiedades físicas que, o bien son fijas, o varían dentro de un rango limitado.

Relación entre Rocas y Minerales

Las rocas son agregados naturales de minerales. Pueden estar formados por uno solo (ej. caliza o yeso). Es más habitual que las rocas contengan varios minerales (ej. granito).

Estructura Cristalina y Sólidos

Los minerales sólidos tienen sus átomos dispuestos ordenadamente. Cuando cualquier sustancia líquida o gaseosa se solidifica pueden darse dos posibilidades:

1. Sus átomos se disponen desordenadamente: Sólidos amorfos (no hay orden en su estructura).
2. Sus átomos adoptan una disposición ordenada: En la que sus componentes están separados en el espacio por distancias fijas, formando un cristal.

Elementos Geométricos del Cristal

La descripción geométrica de un cristal incluye los siguientes elementos:

• Cara: Superficie plana que separa la materia cristalina del espacio que la rodea.
• Arista: Línea de intersección entre dos caras.
• Vértices: Puntos de unión de dos o más aristas.
• Eje: Línea imaginaria que atraviesa el cristal. Se clasifican según el ángulo de rotación: 180° (binarios), 120° (ternarios), 90° (cuaternarios), 60° (genarios).
• Plano: Línea imaginaria que divide el cristal en dos partes simétricas.

La forma de un cristal es el conjunto de caras que presenta. El hábito cristalino describe el aspecto macroscópico que presentan los minerales.

Redes Cristalinas

Las redes cristalinas están formadas por sucesivas repeticiones simétricas de una unidad estructural llamada celda unidad. Está definido en tres vectores (a, b, c).

Propiedades Químico-Estructurales

La estructura cristalina guarda relación con la composición química.

• Isomorfismo: Misma estructura, distinta composición (ej. serie del olivino, cristalizan en el sistema rómbico; Plagioclasas: cristalizan en el triclínico).
• Polimorfismo: Diferente estructura cristalina, la misma composición química (ej. Calcita (sistema romboédrico) y aragonito (rómbico) son carbonato de calcio; Grafito (sistema hexagonal) y diamante (sistema cúbico) son carbono).

Propiedades Físicas de los Minerales

Para identificar los minerales se puede aplicar el método de la difracción de rayos X.

Propiedades Mecánicas

• Densidad: Es la relación entre la masa y el volumen de un mineral.
• Peso específico: Es la relación entre el peso de un mineral y el de un volumen igual de agua a 4 °C.
• Dureza: Es la resistencia a ser rayada que opone la superficie lisa de un mineral, y depende de la estructura cristalina y del tipo de enlaces químicos. Se mide con la Escala de Mohs:

1. Talco
2. Yeso
3. Calcita
4. Fluorita
5. Apatito
6. Ortosa
7. Cuarzo
8. Topacio
9. Corindón
10. Diamante

Tenacidad: Es la resistencia que ofrece un mineral a ser roto o molido. Si esta resistencia es elevada, el mineral es tenaz; es frágil si se rompe o se reduce a polvo con facilidad. Maleabilidad: Posibilidad de sacar hojas delgadas del mineral. Sectilidad: Posibilidad de cortar el mineral en virutas con un cuchillo. Ductilidad: Posibilidad de estirar el mineral en forma de hilo. Flexibilidad: Si al doblarlo no recupera la forma original. Elasticidad: Si recobra su forma original tras ser doblado. Exfoliación: Tendencia de un mineral a romperse a lo largo de planos de enlaces débiles. Fractura: Se presenta en minerales que se rompen sin seguir planos de exfoliación. Existen varios tipos de fractura:

• Concoidea: Superficie lisa, curva.
• Fibrosa o astillosa: Presenta fibras o astillas.
• Ganchuda: Superficie irregular, dentada.
• Desigual o irregular: Fragmentos irregulares.

Propiedades Ópticas

• Color.
• Raya: Es el color del polvo que resulta de rayar un mineral.
• Brillo: Es el aspecto de la luz reflejada sobre la superficie de un mineral.
• Diafanidad: Manera en que los minerales permiten el paso de la luz a través de sus cristales. Serán transparentes si lo permiten totalmente, opacos si no lo permiten, y semitransparentes si lo permiten parcialmente.
• Birrefringencia: El paso de la luz se divide en dos partes.
• Luminiscencia: Capacidad de un mineral para absorber la luz en una determinada onda, emitiéndola a una longitud distinta.

Otras Propiedades Físicas

• Magnetismo: Aquellos minerales que son atraídos por un imán.
• Conductividad eléctrica: Capacidad de los minerales para conducir la electricidad.

Procesos de Formación Mineral

Los mecanismos formadores de minerales son muy diversos:

1. Cristalización a partir de fluidos: Como el enfriamiento del magma (ej. olivino), la evaporización de una disolución acuosa (ej. yeso) o la sublimación de un gas (ej. azufre).
2. Transformación en estado sólido: Procesos metamórficos, donde los cambios de presión y temperatura junto con la participación de ciertos fluidos inducen cambios estructurales.

Los diagramas de fases son gráficas que expresan el comportamiento de sólidos, líquidos y gases ante la variación de características externas.

Clasificación de los Silicatos

Los SILICATOS constituyen el 90% de la corteza terrestre, de la cual el 25% está compuesta por minerales de silicato y el 21% por silicio.

El enlace entre los tetraedros de los silicatos se denomina grado de polimerización, el cual es más bajo cuanto más elevada es la temperatura.

Clasificación según el Grado de Polimerización:

• Grado 0 de polimerización: Neosilicatos (ej. olivino).
• Grado 2 de polimerización: Sorosilicatos (ej. epidota).
• Grados 3, 4, 5, 6 de polimerización: Ciclosilicatos y Tectosilicatos (ej. turmalina).
• Inosilicatos: Piroxenos (cadenas simples) y anfiboles (cadenas dobles). El grado depende de la estructura de las cadenas.
• Filosilicatos: Micas (biotita y moscovita). Estructura en láminas.
• Tectosilicatos: Plagioclasas, cuarzo y ortosa. Estructura en redes tridimensionales.