Los
Minerales y sus Propiedades
Un mineral es una sustancia sólida
inorgánica, formada por uno o más elementos químicos definidos, que se
organizan ordenadamente en una estructura interna. Los minerales se encuentran
en la superficie o en las diversas capas de la corteza del planeta formando
rocas, las que son un conjunto de minerales.
Para que un material terrestre se
defina como tal, debe presentar las siguientes características:
Aparecer en forma natural.
Ser inorgánico.
Ser sólido.
Poseer una estructura interna ordenada, es decir, sus átomos deben estar
dispuestos según un modelo definido.
Tener una composición química definida, esto es, que puede variar sólo
dentro de ciertos límites.
Cuando se habla de minerales, sólo se
consideran las sustancias que satisfacen estos criterios. Por esta razón los
diamantes sintéticos y una gran variedad de otros materiales producidos por los
químicos no se consideran minerales. De esta forma, el ópalo -piedra preciosa-
se clasifica como mineraloide, ya que, si bien no tiene estructura interna
ordenada, cumple los demás requisitos.
Las propiedades físicas y químicas que
se pueden observar en las rocas dependen en gran medida de las propiedades
físicas y químicas de los minerales que las conforman. Por esta razón, si
queremos conocer las características de los minerales de un sector, es
fundamental tomar las muestras de rocas que sean representativas. Como sabemos,
la observación y medición de las características de los minerales nos permiten
identificarlos y luego decidir acerca de las medidas que serán necesarias tomar
y /o de los usos, de acuerdo con los objetivos de la exploración.
El reconocimiento de los minerales es
el conjunto de técnicas que podemos utilizar para inferir la especie en función
de propiedades observables o medibles.
Cada mineral está compuesto por
elementos químicos que se organizan conforme a una estructura regular que se
repite en cada muestra.
Propiedades químicas de los minerales
Para conocer las propiedades químicas
de un mineral es necesario saber que un mineral es una disposición ordenada de
átomos químicamente unidos que forman una estructura. Este empaquetamiento
ordenado de los átomos se refleja en objetos de formas regulares denominados
cristales. Es por ello que se dice que los minerales tienen una estructura
cristalina concreta.
La estructura cristalina particular de
un mineral está determinada por la disposición atómica interna de sus
compuestos, los que están formados por iones (átomos con carga eléctrica).
Tanto la carga como el tamaño de los iones que intervienen en la formación del
compuesto, determinan su tipo de estructura cristalina. En la búsqueda de
formar compuestos iónicos estables, cada ión de carga positiva se rodea por el
mayor número de iones negativos que puedan acomodarse para mantener la neutralidad
eléctrica general. Lo mismo ocurre a la inversa.
Cada una de las muestras de un mineral
tiene la misma estructura interna, pero como los mismos elementos son capaces
de reunirse en más de una forma, puede haber dos minerales con propiedades totalmente
diferentes y exactamente la misma composición química.
Los minerales de este tipo se denominan
polimorfos. Por causas naturales o inducidas, un polimorfo se puede transformar
en otro. A este fenómeno se le denomina cambio de fase.
En la naturaleza, ciertos minerales
atraviesan cambios de fase conforme pasan de un ambiente a otro. Por ejemplo,
si se calienta el grafito a presiones elevadas, se pueden producir diamantes de
menor calidad que el original, pero con uso industrial dada su dureza. También,
cuando en la naturaleza las rocas son transportadas a mayores profundidades por
una placa en subducción, el mineral olivino cambia a una forma más compleja
denominada espinela.
Clasificación de los minerales
Algunos minerales están compuestos
exclusivamente de un elemento, como el oro (Au) o el azufre (S), pero la
mayoría es una combinación de dos o más elementos químicos, que forman un
compuesto químicamente estable.
Si bien la clasificación química no es
rígida, se pueden distinguir clases de compuestos químicos que incluyen a la
mayoría de los minerales.
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Clases
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Características
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Elementos
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Los elementos se encuentran en la
naturaleza en estado puro o nativo, es decir, sin formar compuestos químicos.
Por ejemplo: oro, grafito, diamante y azufre.
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Sulfuros
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Son compuestos formados por
diversos metales y el azufre. Por ejemplo: galena o esfalerita, calcopirita.
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Sulfosales
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Compuestos formados por plomo,
cobre o plata combinados con azufre y uno o más elementos, tales como
antimonio, arsénico y bismuto. Por ejemplo: pirargirita (Ag3SbS3)
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Óxidos
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Compuestos formados por un metal
combinado con oxígeno, u óxidos minerales que también contienen agua.
Ejemplo: hematites u oligisto (Fe2O3), diásporo (Al2O3•H2O) y grupo hidroxilo
(OH).
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Haluros
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Compuestos formados por metales
combinados con cloro, flúor, bromo o yodo. Ejemplo: halita o sal gema (NaCl).
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Carbonatos
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Compuestos que contienen un grupo
carbonato CO3 -2. Ejemplo: calcita (CaCO3).
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Fosfatos
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Compuestos que contienen un grupo
fosfato en su estructura. Ejemplo: apatita (Ca5(F,Cl)(PO4)3)
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Sulfatos
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Compuestos que contienen un grupo
sulfato (SO4) en su estructura. Ejemplo: barita (BaSO4)
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Silicatos
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Compuestos formados por varios
elementos combinados con silicio oxígeno -que a menudo tienen una estructura
química compleja- y minerales compuestos exclusivamente de silicio y oxígeno
(por ejemplo, el sílice).
Es la clase más abundante de minerales e incluyen las familias del
feldespato, la mica, el piroxeno, el cuarzo, la zeolita y el anfíbol.
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Átomo y estructura atómica
La partícula básica que se combina para
formar moléculas y compuestos se llama átomo; esto es, la parte más pequeña de
la materia que conserva las características de los elementos.
Estructura del átomo
Los átomos tienen una región central,
denominada núcleo.
Rodeando al núcleo se encuentran partículas muy livianas llamadas electrones,
de carga negativa, que viajan a grandes velocidades.
Los átomos se representan en diagramas que muestran los electrones en órbitas
alrededor del núcleo, como las órbitas de los planetas alrededor del sol.
Sin embargo, éste es sólo un esquema,
ya que los electrones viajan en diferentes planos a diferencia de los planetas
que se movilizan en un mismo plano. Como se mueven muy rápido en torno al
núcleo, crean zonas esféricas de carga negativa. Estas se llaman niveles de
energía o capas, en las que se puede acomodar un número específico de
electrones.
Por consiguiente, una representación
más real del átomo considera capas a modo de nubes de electrones en movimiento
rápido alrededor del núcleo central.
Dentro del núcleo se encuentran los
protones y los neutrones.
Los neutrones son partículas muy densas con carga eléctrica neutra.
Los protones son partículas de carga positiva, tan densos como los neutrones.
El número de protones del núcleo determina el número atómico del elemento y su
nombre.
Todos los átomos tienen el mismo número
de electrones que de protones, de manera que el número atómico también equivale
a la cantidad de electrones. Como los neutrones no tienen carga, la carga
positiva de los protones se equilibra de manera exacta por la carga negativa de
los electrones.Por ejemplo: los elementos con 6
protones en el núcleo son átomos de carbono y tienen el número atómico 6; los
elementos con 8 protones en el núcleo son átomos de oxígeno y tienen el número
atómico 8.
Es así como, un elemento es un cúmulo
de átomos eléctricamente neutros, con los mismos números atómicos.
El hidrógeno es el elemento más
sencillo, ya que está compuesto por átomos que tienen un protón en el núcleo y
un electrón a su alrededor. Cada electrón se añade de una manera sistemática a
una capa o nivel de energía particular. En general, los electrones van entrando
a niveles de energía superiores en la medida en que se ha completado la
capacidad de los niveles inferiores.
La primera capa principal tiene un
máximo de dos electrones, mientras que cada una de las capas superiores, esto
es, las que se van alejando del núcleo- contienen ocho o más electrones.
Para que los átomos tengan una
configuración estable deben tener 8 electrones en su última capa. Esta capa externa
completa sólo se encuentra en el caso de los gases nobles; esto es, el neón y
el argón. Es por ello que no necesitan combinarse con otros átomos, es decir,
no son reactivos desde el punto de vista químico. De ahí que se les conozca
como gases inertes.
Todos los demás átomos buscan ser
estables, es decir, contar con ocho electrones en su capa externa, al igual que
los gases nobles.
En busca de la estabilidad, los
elementos se combinan entre sí para formar una amplia variedad de sustancias
más complejas. A la fuerza de atracción existente entre los átomos se le
denomina enlace químico.
A los electrones que están en las
franjas externas de los átomos e intervienen en el enlace químico se les llama
electrones de valencia.
Compuestos
químicos
Cuando un enlace químico reúne dos o
más elementos en proporciones definidas, a la sustancia obtenida se le denomina
compuesto. La mayoría de los minerales son compuestos químicos.
Los átomos de un compuesto se mantienen
unidos gracias a las fuerzas eléctricas.
Propiedades
físicas de los minerales
La estructura cristalina interna de
cada mineral suele no expresarse externamente. En general, donde se pueda
formar un mineral, sin restricciones de espacio, se desarrollan cristales
individuales con caras cristalinas bien formadas. Pero casi siempre el
crecimiento cristalino se interrumpe dada la competencia por el espacio, lo que
se traduce en una masa de intercrecimiento de cristales, donde ninguno de ellos
exhibe su forma cristalina. Por esta razón, para reconocer minerales se recurre
a sus propiedades físicas más fácilmente reconocibles, que son las ópticas,
mecánicas y electromagnéticas.
