M I N E R A L O G APrincipios fundamentales.

DefinicinLa mineraloga es la rama de la geologa que estudia las propiedades fsicas y qumicas de los minerales.

Por mineral se entiende una materia de origen inorgnico, que presenta una composicin qumica definida adems de una estructura cristalogrfica, y que suele presentarse en estado slido y cristalino a la temperatura media de la Tierra, aunque algunos, como el agua y el mercurio, se presentan en estado lquido.

Slidos homogneos: sustancias slidas que no pueden ser separadas mediante procedimientos fsicos en componentes ms simples. La mayora de las rocas son agregados de minerales que pueden ser separados unos de otros mediante procedimientos fsicos. Inorgnicos: las sustancias slidas de origen orgnico no son consideradas minerales. Origen natural: cristales similares producidos en el laboratorio (sintticos) no son considerados, en rigor, minerales. Composicin qumica definida: los minerales son elementos qumicos o sus compuestos cuya composicin puede representarse por una frmula (aunque en algunas ocasiones esta frmula no es necesariamente fija y puede variar dentro de unos mrgenes definidos). Disposicin atmica ordenada: los minerales estn constituidos por materia cristalina. Las escasas sustancias slidas y de origen natural que son amorfas (con una disposicin atmica desordenada) como el palo o los vidrios volcnicos se llaman mineraloides.

CuarzoFrmula: Si O2 (Dixido de silicio).

Sistema cristalino: trigonal trapezoedral.

Objetivos de la Mineraloga.Dilucidar los aspectos qumicos y fsicos , as como la evolucin geolgica de la corteza terrestre.

Relacin Mineraloga y Minera.

La mineraloga es una ciencia relacionada con la qumica y la geologa, que estudia la estructura, composicin y transformacin de los minerales.

En tanto, la minera es la obtencin selectiva de los minerales y otros materiales de la corteza terrestre. Tambin se denomina as a la actividad econmica primaria relacionada con la extraccin de elementos de los cuales se puede obtener un beneficio econmico.

Aspectos histricos. Un clebre alquimista alemn, del siglo XVI, llamado Jorge Agrcola (su verdadero apellido era Landmann), fue sin duda uno de los primeros creadores de la Mineraloga. Su obra famossima, "De Re Metallica", se imprimi por primera vez en Basilea, en 1530. De ella se hicieron diversas ediciones, generalmente ilustradas con muy curiosos grabados. He aqu uno de ellos en el que se ve expresada la la prctica de la vara adivinatoria para descubrir los yacimientos ocultos.

Precursores en Mineraloga.

1669: Dans Nicols Steno (Ley de la constancia de los ngulos interfaciales). 1780 : Francs Arnould Carangeot (Gonimetro de contacto: medicin de ngulos interfaciales).1784: Francs Ren Hay (Cristalografa).1809: Britnico William Wollaston (Gonimetro de reflexin).[Gonimetro de contacto: simetra de cristales][Gonimetro de reflexin: medicin exacta de cristales]1815: Francs Pierre Cordier (Mtodo de inmersin de minerales).1825: Sueco Jons Berzelius (Qumica de los minerales).1828: Escocs William Nicol (Prisma de polarizacin de la luz).1912: Alemn Max von Laue, Nobel de Fsica 1914 (Difraccin de rayos X).1914: Britnico William Henry Bragg , Nobel de Fsica 1915 junto a su hijo William Lawrence (Estructura cristalina).

Propiedades pticas.- Color- Brillo- Diafanidad- Luminiscencia

Color.El color de los minerales se debe a la absorcin selectiva de ciertas longitudes de onda de la luz blanca por algunos de los tomos del mineral. En estado puro una gran mayora de minerales son blancos o poco coloreados, pero algunas impurezas pueden conseguir una gran variabilidad de colores.

Color (cont.).Los metales de transicin suelen ser los responsables de la mayora de las coloraciones. El cobre generalmente produce minerales verdosos o azulados; el hierro es responsable de coloraciones rojas y amarillas, etc.El color de la raya es el color del polvo fino de un mineral.

Brillo.Es una propiedad del aspecto que presen- ta la superficie de un mineral cuando se refleja la luz; depende de la intensidad de la reflexin. No tiene relacin alguna con el color del mineral. Los trminos que se utilizan para referir- se al brillo tratan de ser descriptivos, pero se requiere un poco de entrena- miento para su correcta utilizacin.

Brillo (cont.).Vtreo: si brilla como el vidrio. Mate: s carece de brillo; tpico de las sustancias terrosas. Submetlico: entre metlico y mate. Graso: si parece como cubierto por una pelcula de grasa. Nacarado: si se parece al brillo de las perlas. Adamantino: si posee un brillo muy intenso como el diamante. Sedoso: si brilla como la seda; tpico de los materiales fibrosos.

Diafanidad.Es la interaccin de la luz con el cristal. Existen estas posibilidades:

- Transparentes. - Semi transparentes.- Translcidos.- Semitranslcidos.- Opacos.

Diafanidad (cont.).Transparentes: si puede apreciarse con nitidez el contorno de un objeto situado detrs. Semitransparentes: cuando no se puede precisar el contorno de un objeto situado detrs. Translcidos: si dejan pasar luz, pero no es posible la observacin de los objetos situados al otro lado. Semitranslcidos: el mineral es atravesado por la luz en sus bordes ms delgados. Opacos: impiden totalmente el paso de la luz.

Luminiscencia.Coloraciones diversas que emiten algunos minerales cuando son sometidos a estmulos mecnicos, qumicos o a variaciones trmicas.Una vez cesado el estmulo y si la emisin permanece durante bastante tiempo, se habla de fosforescencia. Si la emisin cesa con el estmulo se denomina fluorescencia.

Propiedades Mecnicas.- Tenacidad.- Dureza.- Fractura.- Exfoliacin.- Densidad y peso especfico.

Tenacidad.Resistencia que opone un slido a ser roto. Propiedad sin relacin con la dureza (por ej., el diamante es el mineral ms duro que se conoce, pero debe tratarse con cuidado para evitar que se fragmente por un golpe). Un mineral puede comportarse como tenaz , si es resistente, o bien como frgil, si se rompe con facilidad.Existe una serie de trminos referidos a la facilidad con la que un slido puede ser deformado.

Tenacidad (cont.).Dctil, si se pueden hacer hilos delgados. Maleable, si puede moldearse en lminas delgadas.Flexible, si se curva fcilmente sin romperse. Elstico, cuando recobra su forma primitiva al cesar la fuerza que lo deforma. Plstico, si no recobra su forma original.

Dureza.Resistencia que ofrece la superficie lisa de un mineral a ser rayada. Depende de la cohesin y, por lo tanto, de la estructura y tambin de la composicin qumica. La dureza vara con la direccin. Su determinacin exacta es difcil. Para identificar la dureza sigue siendo vlida la escala de Mohs (*), donde se toma como referencia a10 minerales a los cuales se les asigna un nmero entero.El mineral con nmero superior siempre raya a los inferiores, pero las variaciones de dureza entre cada mineral de la escala no son valores constantes.

(*) Carl Friedrich Christian Mohs (1773-1839).

Escala de Mohs.1: Talco (polvos de talco).2: Yeso (ua del dedo).3: Calcita (moneda de cobre).4: Fluorita (clavo).5: Apatito (vidrio)6: Feldespato (cortaplumas).7: Cuarzo (cuchillo acero inoxidable).8: Topacio (lija).9: Corindn (rub). 10: Diamante (diamante sinttico).

Dureza absoluta.La escala de Mohs no es en modo alguno proporcional.Por ejemplo, la diferencia entre la dureza deldiamante(10 ) y el corindn(9) es mucho mayor que la existente entre el corindny eltalco(1).

Al tratar de establecer durezas con valores ms exactos se crearon otros mtodos y escalas que por lo general adoptaron el nombre de su creador. As, Frederick Knoop, junto a otros investigadores, defini en 1939 una escala en valores absolutos, basndose en seales grabadas sobre un mineral mediante un utensilio con punta de diamante al que se le ejerca una fuerza estndar.

Escala de Knoop.

Fractura.Rotura de un mineral a lo largo de una superficie irregular: Existen diversos nombres para designar clases de fractura.Ejemplos: a) concoidal: superficies curvas en forma de concha; b) fibrosa o astillosa: con entrantes y salientes puntiagudos;c) imperfecta: sin formas ni planos definidos.

Ejemplos de fracturas.

Concoidal Fibrosa (Obsidiana) (Asbesto)

Imperfecta (Aragonita)

Exfoliacin.Caracterstica de un mineral cuando se rompe a favor de alguna de sus caras planas. Esta propiedad est ntima- mente ligada a la estructura cristalina. Los planos de exfoliacin representan las direcciones en las que los enlaces que unen a los tomos son relativa- mente dbiles. Existen unas cuantas reglas acerca de la exfoliacin; una es que es reproducible, o sea, que un cristal se podr romper una y otra vez a lo largo de planos paralelos a los de exfoliacin; y otra en que todo plano de exfoliacin debe de ser paralelo a caras reales o posibles del cristal.

Exfoliacin (cont.).Tambin se puede establecer que los mismos minerales presentarn siempre la misma exfoliacin. Para describir los grados de exfoliacin se emplean trminos como: perfecta, buena, regular (apreciable),

Exfol.cbica Exfol.rombohdrica (Galena) (Calcita)

Densidad y Peso Especfico.Aunque fsicamente estos conceptos son diferentes, es comn utilizarlos como sinnimos.La densidad es la masa por unidad de volumen de un material y suele expresarse en gramos por centmetro cbico (g/cm3). El peso especfico (PE) es la relacin entre el peso de un mineral y el peso del mismo volumen de agua pura a 4C (temperatura en la que el agua alcanza su densidad exac- ta de 1 g/cm3). Se expresa numricamente sin unidades.Por ej., un PE de 3,5 indica que el mineral pesa tres veces y media el peso del agua. El PE est determinado por la estructura cristalina y por la composicin qumica de los minerales.

Propiedades elctricas.

Los metales nativos, sulfuros y xidos transmiten la corriente elctrica; sin embargo, la mayora de los mine- rales son malos conductores o dielctricos. Algunos minerales, al estar sometidos a presin, adquie- ren cargas elctricas de signo contrario en sus extremos. El fenmeno se conoce como piezoelectricidad (ej.: el cuarzo). Cuando otras especies minerales se someten a variaciones trmicas, se cargan de electricidad y el fenmeno se conoce como piroelectricidad (ej.: turmalina).

Propiedades magnticas.Cuando los minerales son fuertemente atrados por un imn se denominan ferromagnticos (ej.: magnetita). Cuando son atrados dbilmente son paramagnticos (ej.: hematita, siderita). Cuando no son atrados, se denominan diamagnticos (ej.: azufre, cuarzo).

Cristaloqumica.Rama de la cristalografa que estudia la composicin de la materia cristalina y su relacin con la frmula cristalogrfica. Incluye el estudio de los enlaces qumicos, la morfologa y la formacin de estructuras cristalinas, de acuerdo con las caractersticas de los tomos, iones o molculas, as como su tipo de enlace.Aqu se debe introducir el concepto de cristal real, ya que hay que considerar sus imperfecciones, al contrario de como se consideraba en la cristalografa geomtrica.Los cristales poseen propiedades qumicas especiales, que varan segn el tipo de elemento presente en los nudos de la red.

Redes inicas. Este tipo de enlace se basa en el intercambio de electrones libres entre tomos con carga elctrica (iones). Estos pueden ser negativos (aniones) o positivos (cationes). El resultado es una conexin qumica muy fuerte debido a la atraccin elctrica mutua entre las cargas opuestas del anin y el catin. En un enlace de este tipo el catin ocupa la posicin central de la red y a su alrededor se dispone una cierta cantidad (nmero de coordinacin) de aniones. La cantidad de aniones depende del tamao relativo de stos y del catin central, lo que se llama radio inico. En trminos generales, un catin grande suele disponer de una mayor cantidad de aniones a su alrededor.Este tipo de enlace es caracterstico de una serie de minerales muy comunes: a)Sulfatos y sulfuros; b) Carbonatos; c) Halogenuros; y d) Ciertos xidos.

Enlaces inicos.

Redes covalentes.En el enlace covalente dos o ms tomos se mantienen cohesiona- dos debido a que comparten un nmero par de electrones. Este enlace es propio de algunos compuestos muy comunes, como el agua, el amoniaco, la molcula de oxgeno o el metano; y tambin se encuentra en la mayor parte de los minerales duros, como el diamante.

Redes metlicas.

Los cuerpos metlicos presentan un tipo de enlace de gran cohesin debido a que varios tomos comparten una nube de electrones que circulan de una rbita a otra sin pertenecer a un ncleo concreto. Esta propiedad, caracterstica de elementos poco electronegativos, proporciona a los metales sus propiedades de dureza, tenacidad y gran conductividad electrotrmica.

Redes moleculares.

En este caso, la red est formada por molculas con carga neutra. La cohesin, muy dbil, se basa en cargas elctricas residuales de baja intensidad. Es caracterstica de los compuestos orgnicos, aunque tambin existe en sustancias como el azufre.

Redes mixtas.

En muchos casos una misma sustancia presenta una com- binacin de varios tipos de redes cristalinas, a menudo orientadas en planos o siguiendo un eje de simetra. En tales casos, la distribucin de las redes y el predominio de una u otra determinar muchas propiedades de la sustan- cia, como la dureza o la conductividad elctrica.Un ejemplo tpico de red mixta es el grafito, formado por tomos de carbono con enlace covalente muy fuerte distribuido en capas paralelas. Las conexiones entre las capas, sin embargo, son muy dbiles, lo que permite separar lminas muy finas de este mineral con mucha facilidad.

Estados alotrpicos. La alotropa es el fenmeno mediante el cual un elemento qumico se puede presentar en dos o ms formas distintas; se trata de algo similar -hasta cierto punto- a la isomera, con la diferencia de que sta se da en compuestos, mientras la primera es propia de los elementos qumicos puros. Conviene no confundir altropo con istopo, ya que el primer trmino alude a la forma en la que se agregan los tomos (normalmente no tenemos uno, sino una acumulacin de muchos), mientras que el ltimo muestra diferencias en su estructura nuclear, con el mismo nmero de protones y electrones -que es lo que caracteriza a un elemento qumico determinado- pero con diferente cantidad de neutrones.

Estados alotrpicos (cont.). Por definicin dos altropos tienen idntica composicin qumica: la del elemento en cuestin; solo se diferencian en la forma en la que sus tomos o sus molculas, estn ordenados. Esto algunas veces es suficiente para que sus propiedades fsicas -no las qumicas- varen en forma espectacular de uno a otro. Este es el caso, precisamente, del diamante y el grafito. Pese a que ambos son carbono puro, es evidente que nadie confundira un diamante con un pedazo de grafito. A qu se debe, pues, tan llamativa diferencia?

Diamante v/s Grafito. En el diamante cada tomo est unido a otros cuatro por fuertes enlaces qumicos formando un tetraedro. Puesto que cada uno de estos cuatro tomos est unido a su vez a otros tantos formando sendos tetraedros, de todo ello resulta una red cristalina muy compacta que es la que da al diamante sus principales caractersticas, en especial su extrema dureza.

Diamante v/s Grafito (cont.). En el grafito los tomos se distribuyen en una red hexagonal plana, donde cada seis de ellos forman un hexgono regular que a su vez est rodeado por otros hexgonos, creando algo parecido a un mosaico, cuyas piezas forman figuras geom- tricas. A su vez estas lminas se apilan entre s formando lo que se podra comparar con una masa de hoja.

Enlace de Van der Waals (*) .

Interaccin producida por las atracciones electrostticas que se producen entre la zona cargada negativamente de una molcula y la positiva de otra, lo que provoca que las molculas se vayan orientando unas con respecto a otras.Si las molculas polares constituyen un gas (por ejemplo SO2, HCl, etc.) y estn sometidas a fuerzas de orientacin de cierta importancia, este gas ser fcilmente licuable. Al disminuir ligeramente la temperatura, decrece la agitacin trmica, los dipolos se orientan entre s, las molculas se asocian y se produce un estado ms condensado (lquido).

(*) Johannes Diderik van der Waals (1837-1923).

Anlisis qumico.

Conjuntodetcnicas y procedimientos empleados para identificar y cuantificar la composicin qumica de una sustancia. En un anlisis cualitativo se pretende identificar las sustancias de una muestra. En el anlisis cuantitativo lo que se busca es determinar la cantidad o concentracin en que se encuentra una sustancia especfica en una muestra. Por ejemplo, averiguar si una muestra de sal contiene el elemento yodo sera un anlisis cualitativo, y medir el porcentaje en masa de yodo de esa muestra constituira un anlisis cuantitativo.

Preparacin para un anlisis qumico.Frecuentementelatarea de los qumicos consiste en analizar materiales tan diversos como acero inoxidable, cerveza, ptalos de rosa, humo, medicamentos o papel. Para determinar la identidad o cantidad de un elemento de estos materiales, se procede en primer lugar a la toma de la muestra.A continuacin se separan de la muestra los componentes deseados o aqullos que puedan interferir en el estudio. El mtodo de separacin idneo depender de la naturaleza del componente a analizar y de la muestra en s. La separacin se basa en la posibilidad de utilizar las diferencias existentes en la propiedades fsicas y qumicas de los componentes. As, en una mezcla simple de sal y arena es fcil extraer la sal, pues sta es soluble en agua, mientras que la arena no lo es. En el caso de una mezcla de arena y partculas de hierro, ninguna de las dos partes es soluble en agua, pero el hierro tiene propiedades magnticas y la arena no.

Presentacin de resultados.

Elresultadonumrico de un anlisis cuantitativo puede establecer la cantidad absoluta del componente o un porcentaje de ste en la muestra. En este ltimo caso puede expresarse como porcentaje en masa, concentracin molar (moles de un componente disuelto por litro de disolucin) o como ppm (partes por milln en masa). La exactitud de los resultados del anlisis queda reflejada en el grado de concordancia con la cantidad real del elemento. La precisin de los resultados la dar la posibilidad de repetir y reproducir el anlisis. Los resultados son precisos cuando son fruto de mediciones repetidas y se dan en un estrecho margen de valores. Estos resultados se dice que son altamente reproducibles. La precisin no significa que los resultados sean exactos, ya que parte de los procedimientos de medicin pueden desviarlos hacia valores ms altos o ms bajos que el valor real.

Interpretacin de Anlisis Qumicos.El anlisis geoqumico es una herramienta fundamental para el estudio de secuencias litolgicas, ya que brinda informacin que no se observa con los estudios tradicionales aplicables a otros materiales. Un depsito mineral es una anomala geoqumica y por lo tanto contiene uno o varios elementos en concentraciones anormales. La presencia de stos en el subsuelo se manifiesta en la superfi- cie terrestre por una distribucin desigual comparada con los contenidos "normales" de los mismos elementos en la roca.

Clasificacin Qumica de los Elementos.

Reconocimiento de minerales y rocas.

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