Principios Esenciales de Mineralogía y Cristalografía: Estructura, Enlaces y Transformaciones de Minerales

Conceptos Fundamentales en Mineralogía

Mineraloides y Formas Relacionadas

Los mineraloides son sólidos naturales no cristalinos, clasificados como amorfos. Incluyen geles de minerales y vidrios. Se forman en condiciones de bajas temperaturas y presiones, y en ambientes supergénicos.

• Los pseudomórficos son minerales que presentan la forma externa de otro mineral, por ejemplo: limonita en pirita.
• Los metamícticos son minerales cuya estructura cristalina ha sido parcialmente destruida por elementos radiactivos presentes en la misma.
• Los amorfos son minerales no cristalinos, de dos tipos: de vidrio y geles, por ejemplo: ópalo.

Intercambio Iónico, Adsorción y Absorción

El intercambio iónico es la transferencia de materia fluido-sólido. Implica el paso de uno o más iones de la fase fluida al sólido por intercambio de iones de la misma carga, que se encuentran unidos por fuerzas electrostáticas a grupos funcionales superficiales.

El intercambio iónico está basado en la adsorción, proceso de separación de ciertos componentes de una fase fluida hacia la superficie de un sólido adsorbente. En la absorción, el soluto se incorpora en la estructura del mineral.

Floculación, Tixotropía y Mojabilidad

La floculación es el paso de suspensión a aglutinación de las partículas minerales, facilitando de esta forma su decantación y posterior filtrado.

Se dice que una fase mineral tiene propiedades tixotrópicas cuando las partículas floculadas pueden pasar a suspensión de nuevo por efecto mecánico (agitación) en condiciones isotérmicas e isotónicas. Las uniones producidas por la floculación se rompen mecánicamente por la agitación para volver a restablecerse cuando cesa el movimiento.

La mojabilidad depende del líquido en el que se sumerja el mineral y encuentra una gran aplicación en la separación de menas. En los métodos de concentración de menas por flotación, las partículas de minerales hidrófobas pueden ser separadas de otros minerales de diferente mojabilidad, variando las propiedades.

Estructura Cristalina y Enlaces

Radio Iónico y Número de Coordinación

El radio iónico es la distancia entre el centro del núcleo del átomo y el electrón estable más lejano del mismo, pero haciendo referencia al ion. Cuando iones de cargas opuestas se unen para formar una estructura cristalina en la que predominan las fuerzas de enlace electrostático, cada ion tiende a coordinarse con tantos iones de signo contrario como permite su tamaño.

Cada ion está en el centro aproximado de un poliedro de coordinación de aniones. El número de aniones en el poliedro es el número de coordinación del catión con respecto a un anión dado y viene dado por sus respectivos tamaños.

Número de Coordinación (NC) y Geometría:

• 2: Lineal
• 3: Triangular
• 4: Tetraédrica
• 6: Octaédrica
• 8: Cúbica
• 12: Cubo-octaédrica

Tipos de Fuerza de Enlace y Valencia Electrostática

Existen diferentes tipos de fuerza de enlace en los cristales:

• Isodesmicos: Cristales en los cuales los enlaces tienen igual fuerza.
• Anisodesmicos: Cuando cationes pequeños de carga elevada coordinan aniones mayores con carga menos fuerte, formando grupos de fuertes enlaces.
• Mesodesmicos: Cuando la fuerza de los enlaces que ligan el catión central coordinador a unos aniones coordinados es la mitad de la energía del anión.

La valencia electrostática es la medida de la fuerza de cualquiera de los enlaces que llegan al ion coordinador desde sus vecinos más próximos. Se calcula haciendo el cociente entre la carga de la valencia del ion y su número de coordinación.

Transformaciones y Defectos Cristalinos

Reacción Polimorfa

Una reacción polimorfa es la habilidad de una sustancia química específica para cristalizar en más de un tipo de estructura, en función de la temperatura, de la presión o de ambos.

Mecanismos de Reacción Polimorfa:

• Reconstructivo: Requiere mucha energía, es lenta, produce ruptura de enlaces y no es reversible (ej: cuarzo bajo-tridimita o cristobalita).
• Desplazativo: Poca energía, rápida y reversible; los enlaces no se rompen, la estructura queda intacta y se desplazan solo los átomos.
• Orden-desorden: El orden perfecto a 0K; al aumentar la temperatura, aumenta el estado desordenado (ej: diamante y grafito).

Tipos de Maclas

Las maclas son intercrecimientos simétricos de dos o más cristales de la misma especie mineral. Se clasifican según su origen:

• Primarias: Se forman por desplazamiento de iones o átomos sobre la superficie en crecimiento, o por interrupción de la estructura.
• Secundarias: Se originan por transformación (por enfriamiento de un cristal formado a alta temperatura) o por desplazamiento debido a deformación mecánica.