Propiedades físicas de los minerales

Desarrollado por Esperanza Blanco

LA DENSIDAD Y EL PESO ESPECÍFICO DE LOS MINERALES:CÓMO SE MIDEN

La densidad de una sustancia es un valor absoluto que se refiere a la cantidad de masa dedicha sustancia que hay en una unidad de volumen de la misma. La unidad de volumenutilizada es el centímetro cúbico, y la masa viene dada en gramos. Por tanto, la densidad esuna característica de la materia que se mide en g/cm3.En mineralogía se utiliza más frecuentemente el peso específico de un mineral. Este peso esun valor relativo que permite comparar las densidades entre diferentes minerales. El pesoespecífico expresa la relación entre el peso de un mineral y el peso de un volumen igual deagua, esto es:

aguadeigualvolumenundepeso

mineraldelpesoespecíficopeso =

En el cálculo del peso específico se obtiene un valor que no viene expresado en ningún tipo deunidades, sino que expresa un peso relativo del mineral con respecto a otros minerales.Si un mineral tiene un peso específico igual a 2, eso significa que un volumen cualquiera dedicho mineral pesa dos veces más que un volumen igual de agua.La utilidad del peso específico de los minerales es clara. Si tomamos una muestra de mineralen la mano es muy difícil calcular su densidad: sólo podemos decir si es muy denso o es pocodenso, pero no podemos darle un valor de densidad a menos que lo midamos. En cambio, conel peso específico podemos comparar rápidamente si son ligeros o pesados, ya que no noscomprometemos a dar ningún valor, sino que tan sólo estamos apreciando el peso relativo.Veamos a continuación cómo podemos medir ambos valores en los minerales de la muestrainicial.

EXPERIENCIA: MEDIMOS LA DENSIDAD Y EL PESO ESPECÍFICO DE ALGUNOSMINERALES

MaterialesNecesitaremos un grupo de cristales minerales de los que más comúnmente se encuentran enlos laboratorios de los centros de enseñanza. Seleccionaremos aquellos minerales disponiblesde entre los siguientes:

CalcitaPiritaGalenaCuarzo

FeldespatoHalitaYeso

GranateGrafitoTurmalinaBauxita

FluoritaAragonitoCaolinita

AzufreMoscovitaBiotitaOligisto (hematites)

CinabrioMagnetitaTalco

- Una balanza de laboratorio normal para el peso del mineral en el aire.- Probetas graduadas para medir el volumen del mineral.

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Procedimiento

1. Se dividirá la clase en varios grupos, entre los cuales se repartirán las muestras de losminerales. Será suficiente con que cada grupo realice las medidas necesarias con una solamuestra mineral. Para ello, el profesor deberá asegurarse que entre todos los grupos sellevan a cabo medidas con minerales cuyos pesos específicos sean claramente diferentes, esdecir, minerales tales como calcita, cuarzo, cinabrio, pirita, talco, yeso y galena.

2. Una condición necesaria para que las medidas sean válidas es que la muestra de mineralsea los suficientemente grande, y que sea homogénea, es decir, que no esté mezclada conotros minerales. Esta condición parece evidente, pero a veces no lo es tanto el reconoceruna muestra monomineral.

3. Para el cálculo de la densidad habrá que realizar dos medidas diferentes:

- La masa del mineral (m). Para ello utilizaremos una balanza electrónica delaboratorio, que nos proporcionará la masa en gramos.

- El volumen del mineral (Vm). Para ello cogemos una probeta graduada y la llenamoscon agua hasta una marca definida. A continuación introducimos el mineral en laprobeta y anotamos la medida que indica el nivel máximo del agua. La diferencia entreambas medidas será el volumen del mineral.

- Calculamos la densidad, según la siguiente fórmula:

)(

)(3cmv

gm

m

=ρ

4. Para el cálculo del peso específico se necesita la medida del peso del volumen de aguadesalojado por el mineral. La utilización de una balanza hidrostática clásica nos llevaría a lautilización de la fórmula según la cual, el peso del volumen de agua es igual a la diferenciaentre el peso del mineral en el aire y el peso del mineral en el agua.

Si bien el cálculo es muy sencillo, no lo es sin embargo la comprensión de los principiosimplicados. Por esta razón, en esta actividad la alternativa a la utilización de una balanzahidrostática consiste en pesar directamente el volumen de agua medido en el cálculo de ladensidad. Los resultados obtenidos serán poco precisos, pero no se trata de obtener valoresexactos, sino de comparar las densidades de los diferentes minerales. La balanzahidrostática y sus principios se utilizarán en otra actividad.

En el cálculo del peso específico es irrelevante hablar de peso o de masa, ya que elresultado es un índice que carece de unidades, y cuyo valor será el mismo tanto si lasunidades son en peso como si son en masa.

Del paso anterior tenemos ya dos datos: el peso del mineral en el aire y el volumen deagua igual al volumen del mineral. Ahora queremos conocer el peso de este volumen deagua. Para calcularlo seguimos los siguientes pasos:

a) Pesamos la probeta vacía en la balanza electrónica, y anotamos el valor indicado.

b) Llenamos la probeta con un volumen de agua igual al del mineral, la pesamos y lerestamos el peso de la probeta. Obtenemos así la masa del volumen de agua (ma).

c) Dividiendo la masa del mineral por la masa del volumen de agua, obtenemos el pesoespecífico (m/ma).

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Cuestiones1. Realiza los procedimientos necesarios para completar los datos de la tabla siguiente:

Especie mineralMasa del

mineral m(g)

Volumen delmineral Vm

(cm3)

Densidad delmineral m/Vm

(g/cm3)

Masa de unvolumen Vm de

agua ma

Pesoespecífico

m/ma

2. ¿Existe alguna relación entre el peso específico de un mineral y su densidad? ¿En qué sediferencian ambos valores?

3. ¿Cuál es el valor medio del peso específico de los minerales metálicos?

4. ¿Cuál es el valor medio del peso específico de los minerales no metálicos?

5. ¿Podrías dar una explicación científica que justifique esta observación?

6. El grafito tiene un peso específico de 2,23 mientras que el del diamante es de 3,53. Sinembargo, ambos están formados exclusivamente por carbono. ¿Podrías explicar a qué sedebe esta diferencia?

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Soluciones

1. A continuación se proporcionan los pesos específicos de todos los minerales de la muestraenumerados en la actividad de la dureza. Debido a la imprecisión del método utilizado en laexperiencia, los datos obtenidos pueden diferir bastante del valor real. Sin embargo, loimportante es que los valores relativos entre unos y otros sea proporcional. Así, los datosque se proporcionan a continuación sólo servirán de orientación.

Calcita 2,70 - 2,72Pirita 5,02Galena 7,4 - 7,6Cuarzo 2,65 - 2,66Feldespato 2,56

Halita 2,16Yeso 2,32Granate 3,5 - 4,3Grafito 2,23Turmalina 3,00 - 3,20

Bauxita 2,0 - 2,55

Fluorita 3,18Aragonito 2,95Caolinita 2,6Azufre 2,05 - 2,09Moscovita 2,76 - 2,88

Biotita 2,8 - 3,2Oligisto (hematites) 5,20 - 5,26Cinabrio 8,10Magnetita 5,18Talco 2,7 - 2,8

Las medidas realizadas de volumen y masa dependen del tamaño de la muestra utilizada.

2. La relación entre peso específico y densidad es evidente. A mayor densidad de un mineral,mayor peso específico. La diferencia consiste en que la densidad es una característica de lamateria, que se mide en unidades de g/cm3. El peso específico, en cambio, es una medidadel peso de un volumen de mineral en relación al peso de un volumen igual de agua. Estamedida es más intuitiva, y carece de unidades.

3. En general, los minerales metálicos tienen un peso específico medio de 4,5.

4. En general, los minerales no metálicos tienen un peso específico medio de 2,7.

5. El mayor peso específico de los minerales metálicos es debido a que están formados porelementos de átomos muy pesados, como son el hierro (oligisto), el plomo (galena) o elmercurio (cinabrio).

6. Aunque el grafito y el diamante están formados por átomos de carbono, la estructuraatómica es diferente. Quiere esto decir que en el diamante, los átomos de carbono estánmás "compactados" y por tanto hay mayor número de átomos de carbono por unidad devolumen, con lo que resulta un mineral de mayor densidad y mayor peso específico.