MINERALES

MINERAL: Compuesto químico, homogéneo, de origen natural, dotado de una composición química determinada -dentro de ciertos límites- y con una estructura interna específica (constantes cristalográficas). Todas las demás características y comportamientos fisicoquímicos del mineral se derivan de su composición química y estructura, estando frecuentemente supeditados cualitativa y cuantitativamente a las contaminaciones, mezclas isomorfas, defectos estructurales, radiactividad, etc., que posea cada individuo en concreto.

SOLIDO: Sustancia cuyos constitutivos se agrupan formando una red cristalina.

RED CRISTALINA: Conjunto de todos los nodos que forman una estructura cristalina. Está definida para cada especie mineral por seis constantes cristalográficas: a0, b0, c0, a, b, g.

ESTRUCTURA CRISTALINA: Ordenación tridimensional, periódica, anisótropa y simétrica de los átomos, iones o moléculas que constituyen un mineral.

CRISTAL: Materia cristalina, natural o artificial, delimitada por superficies planas, paralelas a planos reticulares de su estructura interna.

Las propiedades físicas y químicas de las rocas dependen entre otros parámetros, de las propiedades físicas y químicas de los minerales constituyentes.

El reconocimiento de los minerales es el conjunto de técnicas que podemos utilizar para inferir la especie en función de propiedades observables o medibles. Para el agrónomo, en la amplia mayoría de los casos, las herramientas de observación y análisis son muy limitadas. Será limitado entonces la capacidad de reconocer un número importante de diferentes especies minerales.

Afortunadamente una clasificación razonable y útil de las rocas más abundantes del subsuelo puede llevarse a cabo sabiendo reconocer unos pocos minerales, que por su frecuencia de aparición y volumen relativo en la corteza permiten definirlas. Han sido reconocidas en la corteza unas 3000 especies minerales, su clasificación compete a la mineralogía y los criterios utilizados en estas clasificaciones son o bien químicos (silicatos, sulfatos, óxidos, etc.), o bien estructurales (filosilicatos, tectosilicatos, inosilicatos, etc.). No debe pues confundirse el reconocimiento que será el fruto de la observación de unas pocas propiedades físicas, con la clasificación en si: resultado de un análisis de laboratorio detallado y extenso donde se aplican sofisticadas técnicas para el reconocimiento de la estructura cristalina y composición química.

Clasificación de los minerales:

Una de las clasificaciones más utilizadas en mineralogía fue elaborada por H. Strunz, quién la propuso en 1938. Con algunas modificaciones, se encuentra en uso y es universalmente aceptada. Divide a los minerales en 9 clases:

1. Elementos
2. Sulfuros
3. Halogenuros
4. Oxidos e hidróxidos
5. Nitratos, carbonatos, boratos
6. Sulfatos
7. Fosfatos
8. Silicatos
9. Sustancias orgánicas

Dentro de cada una de estas clases se contemplan una serie de divisiones denominadas "tipos", "grupos", "series", "familias" y por último la unidad fundamental: la "especie".

Se reconocen entonces seis grupos fundamentales:

1) Nesosilicatos: con grupos tetraédricos aislados unidos a otros similares con un catión distinto del silicio (v.g.: olivino).
2) Sorosilicatos: dos tetraedros unidos por un vértice formando un grupo [Si 2 O 6 ] 2- relacionados entre sí con cationes distintos al silicio (v.g.: epidoto).
3) Ciclosilicatos: donde 3, 4 o 6 tetraedros se unen para formar un anillo (v.g.: turmalina).
4) Inosilicatos: formados por cadenas de longitud indefinida de tetraedros (v.g.: piroxenos y anfíboles).
5) Filosilicatos: los tetraedros conforman una malla plana de arreglo hexagonal (v.g.: micas y arcillas).
6) Tectosilicatos: donde los tetraedros conforman una malla compleja con presencia de aluminio en lugar de silicio en algunos de los tetraedros dando lugar a la presencia de cationes diversos (Na + , Ca 2+ , K + ) incluidos en el edificio cristalino (v.g.: feldespatos y cuarzo).

Reconocimiento de minerales:

El reconocimiento de las diferentes especies minerales puede llevarse a cabo basándose en sus propiedades físicas solo en unas pocas especies. Pero en definitiva el objetivo que perseguimos es justamente ese: aprender a reconocer aquellas especies más comunes que conforman las rocas más frecuentes en el subsuelo de nuestro país.

El análisis de un grupo particular de propiedades físicas -las propiedades ópticas- constituye una herramienta poderosa para la determinación de especies minerales, y da lugar a una especialidad conocida como "mineralogía óptica". Su instrumento fundamental es el microscopio petrográfico, y la técnica de reconocimiento de minerales por este método se ha aplicado en la Facultad de Agronomía desde su fundación a principios de siglo por el Prof. Karl Walther.

A continuación pasaremos revista a aquellas propiedades físicas de los minerales que auxilian a su reconocimiento cuando no disponemos de instrumental específico para un análisis de laboratorio. La práctica de Rocas y Minerales del Taller de Recursos Naturales de Interés Agronómico, supone que para la determinación de las especies planteadas como problemas Ud. dispone de los siguientes elementos: una lupa de mano, un objeto de bronce (llave) y un objeto de acero (cortaplumas, trincheta).

Propiedades físicas de los minerales:

Como fue mencionado antes, las propiedades físicas de los minerales son una función de su composición química y estructura cristalina. De esta manera se podrán definir propiedades físicas escalares y vectoriales, si son dependientes o independientes -respectivamente- de la dirección cristalográfica de observación.

De esta manera podremos separar:

Las propiedades en negrita serán empleadas para el reconocimiento de los minerales en la práctica antes mencionada.

Forma: la forma externa de un cristal correspondiente a una especie mineral cualquiera queda determinada por su velocidad de crecimiento. Las caras de crecimiento más rápido son las que presentan un desarrollo menor. En cambio, las más lentas se desarrollan más y muestran tendencia a hacer desaparecer a las otras.

Cuando un mineral forma parte de una roca, la forma que desarrolla un determinado cristal es función de diversos factores, algunos propios de su especie y otros que resultan del condicionamiento que determinan las especies minerales vecinas. Así un cristal de cuarzo que creciera a partir de la cristalización de un líquido silíceo en completa libertad desarrollará caras cristalinas como la que puede observarse en la figura. La misma especie cristalina (cuarzo) cristalizando en último lugar en una roca granítica ocupará los intersticios entre los cristales de otras especies (feldespatos y mica) que cristalizaron antes que el, y su forma no estará determinada por su estructura cristalina sino que se verá condicionada por los espacios vacantes.

Llamamos hábito al desarrollo relativo del conjunto de caras de un cristal bajo la influencia de los factores fisicoquímicos del medio (temperatura, presión, radiactividad, concentración, viscosidad, etc.), que actúan durante su génesis. De manera simplificada distinguiremos entre los siguientes tipos de hábito:

Hábito hojoso: es el que presentan aquellos minerales en que sus cristales se desarrollan preferencialmente en dos direcciones y pobremente en la perpendicular al plano que los contiene, típicamente las micas y arcillas.

• Hábito fibroso: es el que presentan aquellos minerales en que sus cristales se desarrollan preferencialmente en una sola dirección y pobremente en las demás, el mineral adquiere aspecto de fibras (algunos anfíboles, asbesto).
• Hábito prismático: lo presentan los minerales en los que sus cristales se desarrollan moderadamente en dos direcciones y fuertemente en la otra. Adquieren formas prismáticas de base rectangular, triangular o hexagonal. El hábito tabular es un caso particular del prismático en el que las caras del cristal se desarrollan en forma de prisma muy corto o aplastado, el cristal adquiere forma de tabla o tableta.

Cohesión: la resistencia a la ruptura es obviamente diferente en distintos minerales, y la forma de los trozos obtenidos al romperlos es una consecuencia de su organización interna. Hay minerales que se rompen dando lugar a superficies planas: en ese caso diremos que el mineral se cliva o que muestra clivaje .

Un mineral puede tener más de un plano de debilidad por los que se rompe más fácilmente y en ese caso tendrá más de un plano de clivaje. Las micas constituyen el ejemplo más evidente de mineral con un plano de clivaje perfecto, por el que se separa en hojas extremadamente delgadas.

Esta particularidad es la que condiciona el uso desde la antigüedad de la muscovita, una mica transparente en diversos usos industriales, por ejemplo como sustituto flexible del vidrio.

Otros minerales como el cuarzo tienen una estructura sin planos de debilidad preferente y se rompen tal como lo haría un trozo de vidrio. A este tipo de fractura se la conoce como fractura concoide.

Nótese que el vidrio a pesar de su aspecto no es en realidad un sólido pues no posee estructura cristalina sino que es un líquido sobre-enfriado de alta viscosidad.

Tenacidad (fragilidad, ductilidad, flexibilidad, dureza)

La tenacidad de un mineral es un buen indicador para su determinación. No es posible definirla únicamente con un parámetro de dureza pues otros aspectos son también importantes. Un mineral es frágil cuando se rompe fácilmente por efecto de un golpe. El diamante, el mineral de más dureza conocido es sin embargo frágil.

La ductilidad es la propiedad de poder moldearse en hojas delgadas y es la propiedad característica de algunos metales nativos tales como oro plata y cobre. La flexibilidad es la propiedad de poder deformarse sin romperse y volver al estado inicial cuando suprimimos el esfuerzo, las hojas de mica son altamente flexibles.

La dureza puede ser cuantificada utilizando escalas más o menos precisas de las cuales la más sencilla y popular es la escala de Mohs, que clasifica los minerales tomando como referencia diez especies a las cuales les asigna un número entero. La dureza del mineral problema se estima entonces por comparación con los minerales standard según quién raye a quién.

En la práctica de Taller II emplearemos algunos elementos comunes para comparar durezas cuya posición en la escala de Mohs: uña (dureza = 2.5 - 3); Llave de bronce (3.5 - 4); acero (5.5); vidrio (5.5 - 6).

Propiedades ópticas:

De las diversas propiedades ópticas de los minerales describiremos aquí brevemente aquellas que auxilian a la determinación sin instrumental específico: el brillo y el color.

En el lenguaje común, la palabra opaco suele usarse con un sentido diferente para aquellos materiales no reflectantes. En sentido estricto, los cuerpos opacos no permiten el pasaje de la luz, los cuerpos transparentes permiten la observación de objetos a través de ellos, y los cuerpos translúcidos permiten el pasaje de la luz, pero con reflexiones internas que imposibilitan distinguir una imagen cuando se les interpone en su camino.

El brillo es una propiedad compleja que describe la manera como la luz se refleja en la superficie del mismo. Depende de varios factores como el índice de refracción y el grado de pulimento de la superficie observada. El brillo metálico lo presentan algunos minerales que como los metales no permiten el pasaje de la luz (sustancias opacas) y su nombre es suficientemente explícito. Las diversas variedades de brillo no metálico son características de las sustancias transparentes o translúcidas y podemos distinguir diversas variedades: brillo adamantino, típico del diamante y de las sustancias con alto índice de refracción, brillo vítreo (el de la mayoría de los minerales) semejante al del vidrio, con variedades como el brillo graso (típico de las superficies de rotura del cuarzo) semejante al de un objeto engrasado, brillo nacarado en que se observa iridiscencia por difracción en las microfisuras de la superficie (la que muestra el Nácar); brillo mate es el típico de las sustancias terrosas o de las superficies que dispersan la luz en todas direcciones.

El color de un mineral es una propiedad que aunque muy aparente posee un potencial de diagnóstico limitado. Muchos minerales muestran colores diversos dependiendo de mínimas proporciones de impurezas en su estructura, el cuarzo por ejemplo, aunque frecuentemente incoloro o gris puede ser rojo, blanco, celeste, violeta (amatista), amarillo (citrino) verde o aún negro. Minerales de este tipo sin una coloración típica se llaman alocromáticos mientras que aquellos en que se verifica una cierta constancia en el color se denominan idiocromáticos (la biotita es normalmente negra).