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.

Clases	Características
Elementos	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.
Sulfuros	Son compuestos formados por diversos metales y el azufre. Por ejemplo: galena o esfalerita, calcopirita.
Sulfosales	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)
Óxidos	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).
Haluros	Compuestos formados por metales combinados con cloro, flúor, bromo o yodo. Ejemplo: halita o sal gema (NaCl).
Carbonatos	Compuestos que contienen un grupo carbonato CO3 -2. Ejemplo: calcita (CaCO3).
Fosfatos	Compuestos que contienen un grupo fosfato en su estructura. Ejemplo: apatita (Ca5(F,Cl)(PO4)3)
Sulfatos	Compuestos que contienen un grupo sulfato (SO4) en su estructura. Ejemplo: barita (BaSO4)
Silicatos	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.

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.