cuando observamos el palacio de bellas artes de la ciudad

Contenido

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Los minerales........................................................................................................................3 Introducción.........................................................................................................................3 ¿Te has preguntado porqué los granos de sal tienen forma cúbica........................9 Estructura interna de los minerales...............................................................................9 ¿Sabes cómo se clasifican los minerales.....................................................................14 ¿Cómo se identifican los minerales...............................................................................14 Propiedades físicas de los minerales............................................................................15 ¿Porqué los minerales tienen apariencias tan variadas?..........................................16 Forma y hábito de los minerales....................................................................................16 ¿Porqué hay minerales duros y otros son blandos?...................................................21 Dureza..................................................................................................................................21 ¿Alguna vez has intentado romper un mineral?.........................................................23 Clivaje o crucero...............................................................................................................23 Fractura..............................................................................................................................25 ¿Te has preguntado porqué el vidrio y una moneda brillan diferente?...............26 Lustre..................................................................................................................................26 ¿Porqué los minerales tienen colores tan variados?.................................................28 Color y Raya........................................................................................................................28 Reacción ácido....................................................................................................................31 Sabor....................................................................................................................................31 Densidad y peso específico.............................................................................................31 ¿Sabías que solo un reducido número de minerales forman rocas........................33 Minerales formadores de roca......................................................................................33 Silicatos..............................................................................................................................33 Carbonatos.........................................................................................................................36 Óxidos.................................................................................................................................38 Sulfuros..............................................................................................................................38 Sulfatos..............................................................................................................................38 Referencias........................................................................................................................40 Agradecimientos...............................................................................................................40

Sánchez-Zavala, 2005

Lista de figuras Figura 1. Arenas de playa y minerales..........................................................................4 Figura 2. Estructura átomica del carbono..................................................................5 Figura 3. Enlaces iónico...................................................................................................7 Figura 4. Enlace covalente..............................................................................................8 Figura 5. Estructura interna de la calcita..................................................................8 Figura 6. Estructura interna de los minerales.........................................................10 Figura 7 Estructura interna de la halita...................................................................11 Figura 8. Sistemas cristalinos.....................................................................................12 Figura 9. Cristalización..................................................................................................13 Figura 10. Forma de los minerales.................................................................................17 Figura 11. Relación entre los elementos, estructura cristalina y hábito del Cuarzo..............................................................................................................18 Figura 12. Hábito de algunos minerales........................................................................19 Figura 13. Estructuras cristalinas del Carbono.........................................................20 Figura 14. Dureza.............................................................................................................22 Figura 15. Crucero o clivaje..........................................................................................25 Figura16. Fractura.........................................................................................................24 Figura 17. Lustre de la pirita y el cuarzo...................................................................28 Figura 18. Color en los minerales.................................................................................29 Figura 19. Raya en la Hematita.....................................................................................30 Figura 20. Relación entre el Silicio, Oxígeno y los tetraedros de sílice............34

Lista de tablas Tabla 1. Grupos minerales...........................................................................................15 Tabla 2. Escala de dureza de Mohs.........................................................................22 Tabla 3. Tipos de lustre o brillo...............................................................................28 Tabla 4. Estructura de los silicatos........................................................................37

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Los minerales ¿Sabes cómo se forman los minerales?

Introducción

¿Has observado las arenas de las playas de México?. Para los que hemos tenido

la oportunidad de visitar las playas de la costas del pacífico, las del Golfo y las

del Mar Caribe, lo primero que observamos es que su color es diferente. Ahora

bien, si tomamos un puño de arena de cualquiera de estas playas y la

observamos con cuidado, notaremos que está compuesta por muchos granos de

formas y colores variados (Figura 1). Si ahora la observamos con una lupa,

veremos que los granos incluso del mismo color tienen formas diferentes y en

algunos casos son geométricas. Posteriormente, auxiliados por un microscopio

vemos que los granos tienen formas particulares, inclusive las que en un

principio nos parecían iguales tienen sus diferencias. Es decir, tenemos una

serie de granos con características particulares que permiten distinguirlos del

resto (Figura 1).

Basándose únicamente en la forma y color de los granos podemos agruparlos.

Como resultado de esta agrupación, algunas preguntas que podríamos

hacernos son: ¿porqué los granos tienen diferente forma, color o incluso

tamaño?; ¿de qué depende su apariencia?. ¿Qué es lo que determina su forma y

color?; ¿cómo están constituidos estos cuerpos?. Las respuestas a estas

preguntas tiene que ver con el tipo de compuestos químicos que constituyen a

estos materiales, es decir sus átomos y a las fuerzas que los unen, las cuales

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dan como resultados arreglos internos definidos; es decir la forma es

resultado del arreglo interno de los átomos que integran a los materiales

naturales.

Figura 1. Si colectamos arena de una playa y la observamos con detenimiento veremos que losgranos tienen formas y colores variados e incluso algunos tienen formas geométricas. El color ysu forma nos ayudan a diferenciarlos. Las formas geométricas de los granos son una expresión dela estructura interna de sus constituyentes es decir de los átomos de los distintos elementos quelo componen.

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Los átomos están constituidos por tres tipos de partículas: protones,

neutrones y electrones. La cantidad y posición de estas partículas constituyen

su estructura atómica (Figura 2). El número de protones (número atómico) de

los átomos diferentes son los que definen a los elementos químicos. Por

ejemplo el hidrógeno tiene un solo protón, el carbono tiene 6 y el oxígeno 8.

Los protones tienen carga eléctrica positiva, los neutrones son eléctricamente

neutros y los electrones tienen carga negativa. El átomo de un elemento es

eléctricamente neutro ya que tiene la misma cantidad de electrones y

neutrones.

Figura 2. Estruclos neutrones y pestán los electro

tura atómica del carbono. En la parte central (núcleo) están aglutinadosrotones y girando alrededor de ellos, describiendo órbitas concéntricasnes.

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A la fuerza que mantiene unidos a dos o más átomos y hace que funcionen como

una unidad se le denomina enlace químico. Existen tres tipos importantes de

enlaces: a) iónico o electrovalente, cuando hay pérdida o ganancia de

electrones (Figura 3); b) covalente, cuando un elemento comparte sus

electrones (Figura 4); c) enlace metálico, donde sus electrones de valencia (los

de la última órbita) permanecen libres y viajan de un ión a otro. El número de

electrones que posee cada elemento en su última orbita, varía de 1 a 8, y

determina el tipo de relación que pueden tener los diferentes elementos. Por

ejemplo, cuando se combina el Na, que posee 1 electrón en su última órbita, y el

Cl, con 7 electrones en su última órbita, el Na pierde un electrón y adquiere

carga eléctrica y el Cl lo gana y también adquiere carga eléctrica (figura 3). A

los átomos con carga eléctrica se les conoce como iones. En este caso el Na al

perder un electrón adquiere una carga positiva y forma un ión que se conoce

como catión (Na+). El Cl al ganar el electrón adquiere una carga negativa y

forma un ión que se conoce como anión (Cl-). La pérdida y ganancia de

electrones de los elementos que se combinan producen compuestos

eléctricamente neutros: por ejemplo el cloruro de sodio (NaCl) (Figura 3).

También puede ocurrir que los elementos involucrados en una reacción química

compartan sus electrones, es decir no los pierden ni los ganan. Por ejemplo, al

combinarse un átomo de carbono (C) con otros átomos de carbono comparten

sus electrones. El C tiene 4 electrones en la última órbita, que son compartidos

con los 4 electrones de C adyacente y así sucesivamente (Figura 4).

Cabe destacar que existen algunos iones constituídos por varios elementos,

conocidos como iones complejos, que pueden combinarse con otros iones para

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equilibrar la carga, por ejemplo el ión sulfato (SO4)2-. En este caso, el ión

sulfato está formado por un ión de azufre con carga eléctrica de +6 y cuatro

de O, cada uno con carga de –2 por lo cual la carga neta es de –2. Otro ejemplo

es el de los carbonatos (CO3)2-, donde tres átomos de oxígeno se combinan con

uno de carbono (Figura 5). Cabe mencionar que los únicos elementos que poseen

ocho electrones en su última órbita tienden a no reaccionar con otros

elementos por lo cual son conocidos como gases inertes o nobles.

Figura 3. Enlace iónico. Este tipo de enlaceotro los gana. En este caso se muestra comoCl que lo gana.

ocurre cuando un átomo pierde electrones y el Na pierde un electrón al combinarse con el

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Figura 4. Enlace covalente . Este tipo de enlace ocurre cuando los átomos involucrados enuna reacción comparten sus electrones. En este caso se muestra un átomo de Carbono queal combinarse con otros átomos de Carbono, comparte los electrones de su última órbita.

Figura 5. Estructura interna de la Calcita (CaCO3) que muestra como el ión complejo[CO3]2+ tiene una posición fija en la estructura cristalina de la Calcita. Modificada deTarbuck y Lutgens, 1999)

En general los minerales pueden presentar más de un tipo de enlace. Por

ejemplo en los silicatos el ión (SiO4)4-, estructura básica del grupo, tiene un

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enlace covalente y forma otros compuestos a través de enlaces iónicos para

hacerlo eléctricamente neutro. Por otra parte el diamante, carbono puro, es un

ejemplo de sustancia cuyas cristales constituyen verdaderas moléculas

gigantes en las que todas las uniones entre átomos de carbono tienen

características del enlace covalente (Figura 4).

Cabe recordar que en la Tabla Periódica los elementos están distribuidos en

columnas de acuerdo a su número atómico y coincide con el número de

electrones de valencia, de tal forma que los elementos ubicados en las primeras

columnas, a la izquierda de la tabla, son los que menos electrones pierden para

obtener la estructura electrónica de los gases nobles, los cuales se localizan en

la primera columna de la derecha. De tal forma los elementos de la primera

columna solo pierden un electrón para pasar a tener 8 en el última orbita. Los

de la columnas II y III pierden 2 y 3 electrones respectivamente.

¿Te has preguntado porqué los granos de sal tienen forma

cúbica?

Estructura interna de los minerales

Si observas con cuidado los granos de sal, veras que las superficies que los

delimitan son lisas y regulares; la forma de cada uno de los granos es la de un

cubo, el cual es resultado del arreglo interno de los átomos que la componen

(sodio y cloro). Así diferentes cuerpos tienen distintas formas, producto de

los átomos que las constituyen y de su distribución. El arreglo interno que

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adoptan los cuerpos depende del número y tipo de átomos implicados. Los

átomos se define como la parte más pequeña de la materia que conserva las

propiedades de un elemento. Los elementos se relacionan dependiendo de su

tamaño, carga eléctrica y número de coordinación a través de los enlaces

químicos y producen las reacciones químicas. Los elementos químicos al

combinarse, a través de una reacción química, pueden producir arreglos

ordenados, donde cada uno de los elementos o compuestos involucrados en la

reacción tiene una posición fija e invariable y guardan una distancia relativa

con respecto al resto de sus constituyentes; es decir son sólidos (Figura 6).

Figura 6. Las fuerzas que unen a los átomos entre sí hacen que adoptendisposiciones geométricas, situándose en direcciones y distanciasespecíficas unos con respecto a otros. El resultado es una repetición entres dimensiones. Las distancias y los ángulos en los que se repiten puedenser iguales o diferentes. Esta ordenación periódica tridimensional define unretículo conocido como celda unidad. D1, D2 y D3 representan lasdistancias que tienen entre sí los átomos o iones complejos; que pueden sertodos del mismo o diferentes tamaño, los ángulos entre ellos pueden ser a90 grados o variar.

Este arreglo interno ordenado es tridimensional y es conocido como arreglo o

estructura cristalina y da origen a los cristales minerales (Figura 7).

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Figura 7. Estructura interna o cristalina del cloruro de sodio (ClNa) que forma al cristal de halita o sal gema. Nótese como cada ión de Cl y Na tiene una posición fija, que produce un arreglo definido (cúbico). En el lado derecho de la figura se observa la apariencia externa del mineral que se conoce como hábito.

Las estructuras cristalinas que ocurren naturalmente son finitas y se definen

en función de los arreglos geométricos, los cuales se clasifican como sistemas

cristalinos en función del tamaño y de la relación angular que guardan entre sí

sus ejes cristalográficos (Figura 8). Los cationes que tienen un tamaño similar

y la misma carga eléctrica pueden sustituirse en una estructura cristalina. Por

ejemplo el Fe2+ y el Mg2+ tienen un radio iónico similar y ambos tienen una carga

eléctrica positiva. Tanto el Mg2+ como el Fe2+ se combinan con el ión complejo

(SiO4)4- formando los compuestos Mg2SiO4 y Fe2SiO4 respectivamente. La

estructura cristalina es igual y en ella el Fe puede sustituir al Mg. La fórmula

química de este mineral, conocido como olivino, quedaría representada como

(Mg,Fe)2SiO4 donde la cantidad de Fe o Mg está en función de su

disponibilidad. Otro caso es el del Aluminio (Al3+) que pude sustituir al Silicio

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(Si4+), donde la diferencia de carga se compensa cuando se incorpora otro

catión a la reacción, por ejemplo el Na+.

c β α b γ a

a=b≠c y α=β=90º γ=120º a=b=c y α=β=γ= 90º a=b ≠c y α=β=γ=90º Sistema hexagonal Sistema cúbico o isométrico Sistema tetragonal

a≠b≠c y α=β=γ =90º a≠b≠c y α≠β≠γ a≠b≠c y α=γ=90º Sistema ortorrómbico Sistema triclínico Sistema monoclínico Figura 8. Sistemas cristalinos. Solo existen unas cuantas formas de ocurrencia natural bajo las cuales se distribuyen los átomos y están definidas por el tamaño de sus ejes y delos ángulos que forman entre ellos. a, b y c son los ejes cristalográficos y α, β, γ son lángulos entre los ejes.

os

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La estructura cristalina de un mineral es resultado de las condiciones de

presión y temperatura y de su composición química bajo las cuales se da su

cristalización. La cristalización es el proceso mediante el cual un fundido se

solidifica formando cristales minerales (Figura 7 y 9). Un buen ejemplo de lo

anterior es la formación del mineral Halita, conocida como sal gema. La Halita

se forma a partir de la sobresaturación de sales disueltas en el agua, que

cuando el agua comienza a evaporarse, precipitan las sales disueltas en ella y da

origen a los cristales de sal (Figuras 7 y 9). Cuando ocurre un desplazamiento

de elementos (átomos o iones) en estado sólido modificando cambios en la

estructura cristalina y por tanto generando nuevos minerales se habla de

recristalización.

Figura 9. Cristalización. Cuando la temperatura es lo suficientemente alta produce

la evaporación del agua y la transformación de las sales disueltas en ella precipitan, transformándose en cuerpos sólidos. En el caso del Na y Cl al

combinarse producen el arreglo de estos átomos en cubos que se acumulan y forman capas de sal gema o halita como se muestra en la figura.

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Como resultado de estas características un mineral se define como un

compuesto químico con una estructura interna definida, de origen natural e

inorgánico. Como debe poseer una arreglo interno definido, entonces es un

sólido y es eléctricamente neutro. El sólido debe ser un retículo de átomos que

se puede reproducir indefinidamente, dispuestos en patrones geométricos

regulares. Su composición debe poder expresarse a través de una fórmula

química. Los materiales cuando no tienen composición química específica o

estructura cristalina se les conoce como mineraloides (por ejemplo el vidrio, la

resina, etc.).

¿Sabes cómo se clasifican los minerales?.

A la fecha han sido descritos más o menos 4000 minerales, los cuales para su

estudio se han agrupado con base en su composición química. El primer grupo

está integrado por elementos que pueden ocurrir libres en la naturaleza, como

es el caso de la Plata (Ag), el Oro (Au) o el Azufre (S), entre otros. A este

grupo se le conoce como minerales nativos. El resto de los grupos se clasifican

con base en los iones complejos principales que se combinan para originar el

compuesto químico, que da como resultado grupos basados en los iones de

(SiO4)4-, Cl+, (CO2)2-, etc. En la Tabla 1 se enlistan los principales grupos

minerales.

¿Cómo se identifican los minerales?.

Si retomamos el ejemplo de la arena de la playa, recordemos que los granos de

arena los agrupamos de acuerdo a su forma y color; además al observarlos con

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detenimiento nos fijamos que algunos granos están limitados por planos

regulares o irregulares e incluso fibrosos. La forma, el color, la manera en que

se rompen, junto con otras, son propiedades que poseen los minerales y son

útiles para identificarlos. Al conjunto de atributos de los minerales que

dependen de su estructura cristalina y su composición química se les conoce

como propiedades físicas y nos ayudan a reconocerlos. Mención aparte tienen

sus propiedades ópticas, las cuales también son útiles para identificarlos.

Tabla 1. Principales grupos minerales. Los grupos minerales se clasifican de acuerdo al ión complejo que se combina para generar el compuesto químico.

Principales Grupos de Minerales Grupo Iones que lo definen Ejemplos

Minerales nativos

Ninguno Cobre (Cu), Plata (Ag), Diamante (C)

Óxidos e hidróxidos

Oxígeno (O2-) e hidróxilo (OH-) Hematita (Fe2O3), Rutilo (TiO2) Brucita (MgOH2),

Haluros Cloruro (Cl-) Floururo (F-), Bromuro (Br-), Ioduro (I-)

Halita (NaCl), Fluorita (F2Ca), Silvina (KCl)

Carbonatos

Carbonato de calcio (CO3-2) Calcita (CaCO3), Dolomita

((CO3)2CaMg) Sulfuros Sulfuro (S2-) Pirita (FeS2), Galena (PbS) Sulfatos Sulfato (SO4

-2), Anhidrita (CaSO4), Barita (Ba SO4)

Silicatos Sílice (SiO4-4) Olivino ((Mg, Fe)2SiO4),

Ortoclasa K(AlSi3O8) Propiedades físicas de los minerales

Las propiedades físicas de los minerales son la base para su identificación, ya

que varias de estas pueden ser determinadas con relativa facilidad. Por

ejemplo el color o la apariencia que tienen, como ya se mencionó, puede

ayudarnos en su identificación. Además son características que fácilmente

reconocemos. Las propiedades de los minerales que se utilizan para

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identificarlos son: hábito o forma, dureza, clivaje, fractura, lustre, color, peso

específico. Estas propiedades se describen a continuación.

¿Porqué los minerales tienen apariencias tan variadas?

Forma y Hábito

Al observar cualquier cuerpo lo primero en lo que nos fijamos es en su forma.

Los minerales poseen una estructura interna ordenada que cuando las

condiciones son propicias pueden estar limitadas por caras regulares y planas y

adquirir formas geométricas. La forma de un mineral es resultado del tipo de

arreglo interno y de las condiciones y la dirección bajo las cuales cristaliza una

solución (Figura 10). Esto da como resultado que una sola estructura externa

puede tener una amplia variedad de formas externas, como se ilustra en la

Figura 10, donde tanto en el cubo como en el dodecaedro que tienen la misma

unidad fundamental. La forma dodecaédrica es común en algunos minerales por

ejemplo el granate.

El hábito se define como la manera en que los cristales minerales individuales o

en agregados crecen, lo cual da como resultado su aspecto exterior particular

(Figuras 10 y 11). El hábito puede ser prismático, en láminas o placas o bien en

agujas, entre otros (Figura 12). Algunos minerales presentan hábitos que los

distingue fácilmente; por ejemplo el asbesto o la actinolita, presenta un hábito

fribroso, resultado de los agregados de cristales en formas en agujas (Figura

12A). Otros minerales presentan varios hábitos. El cuarzo por ejemplo se

puede presentar en prismas hexagonales rematados en una pirámide, lo cual

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refleja su forma, definida por la disposición de los iónes en su estructura y

además de la rapidez de crecimiento en ciertas direcciones (Figura 11 y 12B).

Figura 10. La forma que tienen los minerales depende de la manera en que crecen loscristales que los constituyen. Por ejemplo en (A) se presentan cristales de galena (SPb)los cuales tienen forma cúbical (sistema cristalino isométrico) resultado del igualcrecimiento de los cristales en todos sentidos. En (B) los cristales crecen formandododecaedros. En este ejemplo la forma de los cristales de granate es resultado de unamezcla compleja de dodecaedros y cubos. La localidad dela galena es Zacatecas(Colección de Guadalupe Villaseñor). El granate proviene Minatitlán, Colima.

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Figura 11. Representación esqrelaciona los átomos de silicio y de sílice, ión complejo base delforma los cristales de cuarzo (há

En este sentido, los minerales disp

mucho mayor en una dirección que e

los minerales también depende del

velocidad de cristalización y de las

las cuales ocurre esta cristalizac

uemática que muestra como seoxígeno para formar un tetraedro sistema cristalino hexagonal quebito prismático).

uestos en láminas reflejan un crecimiento

n las otras. Cabe destacar que el hábito de

espacio que tienen para crecer, así como la

condiciones de presión y temperatura bajo

ión. Por ejemplo si los minerales crecen

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rellenando un hueco, su crecimiento es de afuera hacia adentro, porque es ahí

donde tienen el espacio para desarrollarse, dando por resultado una geoda, en

cuyo centro se tienen los mejores cristales minerales.

A B C

Figura 12. El habito es la apariencia externa que tiene un mineral y puede variar incluso en elmismo mineral. A. Habito fibroso en Actinolita (localidad Santa María Papalos, Oax.); B. Hábitoprismático en cristales de cuarzo (localidad, Taxco, Gro) y C. Hábito globular en Marcasita(localidad Taxco, Gro.). Minerales de la colección del Instituto de Geología, UNAM.

Cuando un compuesto químico presenta más de una estructura cristalina se dice

que es polimorfo. Un ejemplo de lo anterior es el carbono (C) que puede

presentar dos arreglos cristalográficos diferentes: uno donde el C define

hexágonos dispuestos en láminas (Figura 13A), o bien pueden estar ordenados

en tetraedros dispuestos en cadena (Figura 13B).

En el primer caso al mineral se le conoce como grafito y en el segundo caso se

le conoce como diamante. La variación de la estructura se debe a las

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condiciones de presión y temperatura baja las cuales cristaliza el C. Por

ejemplo el diamante se forma a grandes profundidades y su estructura debe

ser capaz de resistir grandes presiones y temperaturas. Por otro lado, el

grafito se forma en condiciones diferentes, más cercanas a la superficie de la

Tierra, por lo cual desarrolla una estructura capaz de resistir las condiciones

de presión y temperatura que se dan en estos lugares. Estos arreglos

cristalinos del C le otorga al grafito y diamante propiedades físicas diferentes.

Otros ejemplos son la Calcita y Aragonita (CO3Ca); pirita y marcasita (FeS2).

Cuando tienen la misma forma pero diferente composición química son

minerales isomorfos.

A) Los iones deen hexágonos foQue constituyengrafito.

Figura 13. Estructemperatura a laspropiedades físicaincoloro, mientrasduro que existe. del estado de Nue

carbono están dispuestos B) El arreglo del carbono en cadenas rmando finos planos tabulares de tetraedros constituye la estructura en conjunto la estructura del del diamante, el mineral más duro que existe

turas cristalinas del Carbono, resultado de las condiciones de presión y que cristaliza. Estas estructuras le da al grafito ( C ) y al diamante ( C )s diferentes. Por ejemplo el grafito tiene color negro a gris y el diamante es la dureza del grafito es de 1-2 y el diamante tiene dureza 10, es el mineral masEl diamante es un grano de los aluviones en Brasil y la localidad del grafito esva York, EUA.

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¿ Porqué hay minerales duros y otros son blandos ?

Dureza

Seguramente te has percatado que cuando las paredes de tu casa están

recubiertas por yeso es muy fácil marcarlas con cualquier objeto, lo cual no

sucede con otros materiales, por ejemplo el vidrio. La explicación es porque el

yeso es un material con muy baja resistencia para ser rayado o marcado,

mientras que el vidrio es más difícil marcarlo; por estas razón se dice que el

yeso tiene una dureza menor a la del vidrio.

Dureza es la resistencia que ofrece un mineral para ser rayado por otro y se

determina al intentar marcar un mineral con otro mineral u objeto de dureza

conocida. Por ejemplo la fluorita puede ser rayado por el cuarzo, pero el cuarzo

no puede ser rayado por la fluorita; se dice entonces que el cuarzo es más duro

que la fluorita (Figura 14).

Cabe destacar que Friederic Mohs, con base a la disponibilidad de los minerales

definió una escala de dureza, ordenándolos del más blando (dureza 1) al más

duro (dureza 10), conocida como escala de dureza de Mohs (Tabla 2).

¿Sabías que el yeso es un mineral?; si ese material que sirve para revestir las

paredes es un mineral y tiene una dureza 2, según la escala de Mohs.

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Tabla 2. Escala de dureza de Mohs. Nótese el orden de dureza, el más blando tiene dureza de 1 y al más duro se le asignó una dureza de 10.

Escala de dureza de Mohs Mineral Dureza Objetos comunes Talco (Mg3Si4O10(OH)2) 1 Yeso CaSO4(2H2O) 2 Uña

Calcita (CaCO3) 3 Moneda de cobre Flourita 4 Apatito 5 Vidrio (5.5) Ortoclasa (KAlSi3O8) 6 Navaja de acero inoxidable Cuarzo (SiO2) 7 Topacio 8 Corundo (Al2O3) 9 Diamante (C) 10

Figura 14. Dureza es la resistencia que ofrece un mineral al ser rayado por otro. En Ase observa un cristal de flourita antes de ser rayado por un cristal de cuarzo, condureza 7; en B el cristal de cuarzo raya a la flourita lo que indica que la flourita tieneuna dureza inferior a 7. C muestra el cristal de flourita antes de rayar a un mineral deyeso y en D se muestra como el cristal de flourita rayó con facilidad al yeso, por lotanto es mucho más blando que la flourita cuya dureza es de 4. La Flourita y el cuarzoproceden de Taxco, Gro. y el Yeso de Puente Marques, Pue.

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Para una identificación preliminar en campo, cuando no se cuenta con una escala

de dureza, se puede utilizar la uña, una moneda de cobre y una navaja de acero

inoxidable, para establecer intervalos de dureza de los minerales a identificar

(ver Figura 13 y Tabla 2).

Cabe mencionar que la dureza de un mineral es un reflejo directo de su tipo de

enlace químico y su arreglo cristalino. Por ejemplo el talco tiene dureza 1 y una

estructura interna dispuesta en láminas. El topacio, por otro lado, tiene dureza

8 y una estructura de tetraedros de silicatos aislados. La mayoría de los

silicatos tienen una dureza de entre 5 y 7, aunque los silicatos con estructura

en hojuelas o láminas tienen una dureza entre 1 y 3. Esto refleja como los

grupos minerales tienen estructuras internas similares e incrementan su

dureza dependiendo de la fuerza de su enlace. Por otro lado los minerales

nativos (Oro, Plata, Cobre, etc.) pueden formar óxidos o sulfuros; son blandos

y con durezas menores a 3. Por otro lado, están los carbonatos y sulfatos, los

cuales tienen un empaquetamiento poco denso y son suaves por lo cual sus

durezas son menores a 5.

¿Alguna vez has intentado romper un mineral?

Clivaje o crucero

Como recordarás las granos de sal tienen forma cúbica y si los rompes

observarás cubos más pequeños, es decir, las planos sobre los que se rompen

son lisos y bien delimitados que forman nuevamente un cubo, es decir son tres

planos regulares sobre los que se está rompiendo la sal. La tendencia de un

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mineral de romperse en superficies preferenciales planas que describen sus

patrones geométricos se conoce como clivaje. Existe una relación directa entre

la estructura cristalina y el clivaje; se desarrolla paralelo a las capas de átomos

que tienen enlaces débiles con las capas adyacentes. Distintos minerales tienen

diferentes planos de clivaje. El número de planos de clivaje es inversamente

proporcional a la fuerza del enlace químico. Si el enlace químico es fuerte el

clivaje es pobre. El enlace covalente produce un clivaje pobre o inexistente. El

enlace iónico es relativamente fácil de romper y desarrolla un muy buen clivaje

(Figura 15).

La estructura cristalina determina el número y patrón de los planos de clivaje.

Por ejemplo en las micas el arreglo interno se refleja en hojas ya que los

cationes que enlazan a los tetraedros se unen de esa manera y se rompen sobre

esos planos únicamente, por lo tanto se dice que tienen un solo plano de clivaje.

La galena (SPb) y la halita (NaCl) tienen tres planos de clivaje perpendiculares

entre sí que forman cubos perfectos (Figuras 15 A 7 y 10). Otro caso es el de

la calcita y dolomita que también tiene tres planos de clivaje, pero el ángulo

entre ellos forma patrones romboédricos (Figura 15B). El número de planos y el

patrón de clivaje identifica a muchos minerales, por ejemplo contribuye a

diferenciar a los anfiboles de los piroxenos. Los anfiboles tienen dos

direcciones de clivaje con angulos de 93o y 87º (Figura 15C) mientras los

anfiboles los tienen entre los 124o y 56o(Figura 15D).

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Figura 15. El Crucero o clivaje es resminerales. En la Figura 14A se observplanos de crucero, los cuales son perpcaras cristalinas, por ejemplo la galenmuestra un arreglo romboédrico conperpendiculares entre ellos. En las figuclivaje. El angulo entre estos planopiroxenos (figura 14C) y anfiboles (Figues diagnóstico para identificarlos, como

Fractura

En ocasiones también sucede que al

es un plano regular. La tendencia de

que no son las superficies de cliva

Está relacionada con el punto de a

ultado de la estructura cristalina de losa un sistema cristalino isométrico y susendiculares entre ellos y paralelos a lasa (SPb) o la pirita (S2Fe). La Figura 10B tres planos de crucero pero no sonras 14C y 14D se observan dos planos des contribuye a identificar al mineral,ra 14D). En algunos minerales el crucero es el caso de los anfiboles y piroxenos.

intentar romper un mineral, el resultado no

los minerales a romperse sobre superficies

je se le conoce como fractura (Figura 15).

plicación de la fuerza y tiende a formar

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superficies curvas, irregulares o fibrosas. La configuración de la superficie de

fractura se relaciona con la distribución de la fuerza de enlace a través de las

superficies irregulares que no son los planos de clivaje. La fractura está

relacionada con la fuerza del enlace y corta transversalmente los planos del

cristal. La fractura puede ser concoidal, fibrosa, irregular o astillosa (Figura

16). La forma y apariencia irrregular de la fractura depende de la estructura

cristalina y composición del mineral.

Figura 16. La fractura es la tendencia de los minerales a romperse sobre superficies irregulares y puede ser de varios tipos entre elos: A. Fractura concoidal, por ejmplo la prsenta el cuarzo o la obsidiana, que aunque no es un mineral su fractura es concocidal típica; B Fractura irregular en Caolinita, y C. Fractura fibrosa en asbesto. La obsidiana proviene de Tulancingo, Hgo, La Caolinia de y el asbesto de Tehuitzingo, Pue.

¿Te has preguntado porqué el vidrio y una moneda brillan

diferente?

Lustre

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Cuando observas una ventana es probable que te hayas dado cuenta como

brillan los vidrios, o tal vez hayas hecho incidir sobre la superficie de una

moneda los rayos del sol para ver su brillo. Es claro que el vidrio y la moneda

tienen un brillo diferente. El modo en que un mineral refleja la luz define su

lustre (Figura 17). El lustre o brillo de un mineral se describe como se indica en

la Tabla 3. La calidad del lustre está controlada por la disposición de los

átomos y la manera en que se enlazan, ya que estos parámetros afectan el paso

de la luz, reflejándola de manera diferente. El enlace químico define la forma

en que un mineral puede reflejar la luz y nuevamente depende de la estructura

interna que poseen los minerales y tiene que ver incluso con el tipo de enlace

químico que poseen. Por ejemplo un lustre vítreo, similar al del vidrio, es

reflejo de un enlace iónico. Por otro lado, el enlace covalente tiene una mayor

variabilidad (brillo adamantino). Por otro lado, el brillo metálico es común en los

sulfuros o en los minerales nativos. El lustre perlado es resultado de las

reflexiones de la luz desde planos ubicados entre superficies translúcidas de

ciertos minerales. La calidad del lustre es un buen criterio para una

clasificación de campo, aunque en mucho depende de la facilidad de percepción

visual de la reflexión de la luz por el observador.

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Tabla 3. Tipos de lustre o brillo. Lustre mineral

Metálico Presenta una fuerte reflejo producido por las sustancias opacas

Vítreo Brillante como un vidrio

Resinoso Como las resinas, por ejemplo el ámbar

Graso

Tiene la apariencia de un objeto cubierto por aceite

Perlado

Tiene la iridiscencia de los materiales como la perla

Sedoso

Tiene la apariencia de la seda

N o m e t á l i c o Adamantino Tiene el brillo típico del diamante.

A B Figura 17. El lustre está en función de cómo un mineral es capaz de reflejar la luz. Existen dosgrandes grupos de lustre: el metálico y el no metálico. A lustre metálico en Pirita (SFe) y Blustre no metálico (vitreo) en cristales de cuarzo (SiO2). Muestra de pirita y cuarzo deConcepción del Oro, Zacatecas, colección del Instituto de Geología.

¿Por qué los minerales tienen colores tan variados? Color y raya.

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Cuando algún objeto llama nuestra atención en ocasiones es debido a su color.

El color es el resultado de la capacidad de un mineral para trasmitir y reflejar

la luz y depende del grado de absorción de la luz, así como de las impurezas

químicas en su estructura cristalina (cuando un elemento sustituye a otro

puede variar su color); por ejemplo el cuarzo. Un solo mineral puede presentar

varios colores como el cuarzo. Hay algunos minerales cuyo color puede ser

diagnóstico para identificarlo, por ejemplo la malaquita. Cuando el color es

diagnóstico para identificar un mineral se dice que es ideocromático ( Figura 18

D) y está relacionado a su composición. Por otro lado, los minerales que

presentan un amplio rango de colores, los cuales dependen de sus impurezas o

inclusiones se dice que el color es alocromático (Figura 18 B y C).

Figura 18. El colorquímicas. A) obserdiferente al gris plidentificar a los mdonde se observansegundo es moradidentificación del mmalaquita (CO3)2Cu2

La esfarerita y elSonora, mientras laesfalerita son de la

de un mineral depende de la estructura cristalina e impurezasva el color negro pardusco de la Esfelerita (SZn) el cual esomo de la galena (SPb) (B). Cuando el color no es diagnóstico parainerales se dice que es alocromático, como es el caso de B y C cristales de cuarzo (SiO2); en el primer caso es blanco y en elo (cuarzo amatista). Cuando el color es diagnóstico en laineral se dice es ideocromático; Por ejemplo el verde y azul de la(OH)2y azurita (CO3)2Cu3(OH)2, respectivamente mostrados en D. cuarzo amatista son de Taxco, Guerrero, la Galena de Naica, malaquita y azurita son de Nuevo Léon. La muestras de Galena y colección de Guadalupe Villaseñor.

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La raya se define como el color que tiene un mineral cuando se pulveriza y

regularmente se determina al rayar una superficie de porcelana con el mineral

a identificar. El color de la raya es un buen diagnóstico para identificar al

mineral ya que un mismo mineral puede tener diferente color, pero su raya es

única (Figura 19). Por ejemplo la hematita (Fe2O3) puede ser de color negro,

pardo o rojo, pero su raya siempre es pardo-rojiza.

Figura 19. Raya. La raya se definepulveriza. El mineral puede tener difeeste caso se muestra dos ejemplares d

y hábito, pero su raya es la misma.Mercado, Dgo. y la de color roj

como el color del mineral cuando se rente color, pero solo tiene una raya. En e Hematita (Fe2O3) con diferente color

La Hematita negra es del Cerro del o proviene de Cerro Galván, Pue.

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Reacción al ácido (efervescencia).

El ácido clorhídrico (HCl) disuelve a los minerales del grupo de los carbonatos y

se observa cuando efervesce el mineral. La efervescencia es la expresión de la

reacción del ácido clorhídrico con el carbonato (CaCO3 + 2HCl = CO2 + H2O +

Ca + 2C) lo cual produce el escape del dióxido de carbón (CO2). La

efervescencia es diagnóstica para reconocer a los minerales del grupo de los

carbonatos.

Sabor

Existen algunos minerales como la halita que tienen sabor, lo cual permite su

identificación como es el caso del grupo de los haluros.

Densidad y peso específico.

La densidad se define como la masa por unidad de volumen y usualmente se

representa como: Densidad= masa/volumen (gr/cm3). La determinación de la

densidad se hace calculando el peso específico, el cual se obtiene a partir de

calcular el peso del mineral en el aire y dividirlo entre un volumen igual de agua

pura a 4º C. La densidad depende del peso atómico de los iónes que constituyen

un mineral y de lo cerrado del empaquetamiento de su estructura. Por ejemplo

el olivino compuesto únicamente por Fe tiene una densidad de 4.4 gr/cm3 y el

olivino de Mg tiene una densidad de 3.32 gr/cm3. Esto es debido al peso

atómico de sus constituyentes.

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Cabe destacar que los minerales al ser sometidos a presiones mayores a las de

su formación, transforman sus estructuras, originando otros minerales. Por

ejemplo, trabajos experimentales a altas presiones demuestran que el olivino

transforma su estructura a una más densa, similar a la que presentan los

minerales del grupo de la espinela a profundidades del orden de los 400 km. A

profundidades de 670 km, en niveles del manto, los silicatos transforman sus

estructuras a formas más cerradas del tipo de las perovskitas, que es un óxido

de titanio y calcio (CaTiO3).

En resumen los minerales tienen una serie de propiedades físicas, que se usan

para identificarlos, y son resultado de las condiciones físico-químicas bajo las

cuales se formaron y que se reflejan en su composición química y estructura

cristalina. La estructura cristalina es particularmente interesante ya que es la

que mejor refleja estas condiciones de formación. La identificación de los

minerales y de sus propiedades contribuyen a definir los procesos formadores

de rocas que han operado a lo largo de la historia de la Tierra. Existen algunas

propiedades físicas que suelen ser útiles para identificar a un mineral en

particular como puede ser el magnetismo (útil con los minerales de Fe) o la

luminiscencia, útil con algunos minerales que son capaces de cambiar su color al

ser sometidos a una fuente de energía y ser luminiscentes.

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¿Sabías que solo un reducido número de minerales forman rocas?

Minerales formadores de rocas

Del total de minerales reconocidos y descritos, solo unos cuantos son

abundantes en las rocas. A estos grupos de minerales se les conoce como

minerales formadores de rocas. La razón de lo anterior es que los elementos

químicos que los constituyen son los más abundantes en la corteza y en la parte

superior del manto terrestre. Constituyen más del 90% del total de la roca y

son los que le dan nombre; también se les conoce como minerales esenciales.

Cabe mencionar, que los minerales cuyo porcentaje alcanza hasta un 10% del

volumen total de la roca se les conoce como minerales accesorios. Los

minerales esenciales y accesorios se originan durante los procesos que dan

origen a las rocas. Existe un tercer grupo de minerales conocido como

minerales secundarios, los cuales son producto de la alteración química de los

minerales esenciales y accesorios. A continuación se describen brevemente los

principales grupos de minerales formadores de rocas.

Silicatos

Los silicatos son el grupo más abundantes en la Tierra y es el principal

formador de rocas. Son resultado de la combinación de iones de Si y O

[(SiO4)4-] (Figura 14), que a su vez se combinan con cationes de otros

elementos. El (SiO4)4- está constituido por cuatro oxígenos (O2-) y un ión de

Si4+, que al combinarse originan el ión (SiO4)4- cuya configuración es la de un

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sólido piramidal de cuatro lados conocida como tetraedro, donde cada uno de

sus lados es un triángulo (Figuras 10 y 20).

Cada

balan

ocurr

ejemp

los o

tetra

los si

de ar

doble

ocasio

los fe

Figura 20. La combinación de O y Si da como resultado el ión sílice, el cuales un sólido de cuatro lados (tetraedro) que se combina con otros ionespara formar a los silicatos. Los silicatos son los minerales formadores derocas más importantes (modificado de Tarbuck y Lutgens, 1999)

tetraedro es un ión con una carga eléctrica de 4-, que tiene que ser

ceada por una carga de 4+ para equilibrar la carga del mineral, lo que

e cuando los tetraedros se combinan con otros elementos (cationes), por

lo con el potasio (K+), sodio (Na+), calcio (Ca2+), etc. De manera alternada

xígenos de cada tetraedro se relacionan con los oxígenos de otros

edros, lo cual hace de los tetraedros la unidad fundamental del grupo de

licatos. La forma en que se relacionan esos tetraedros origina varios tipos

reglos o estructuras que son: aisladas, en anillos, cadenas sencillas y

s, en láminas u hojas y en armazones (Tabla 3). Cabe mencionar que en

nes el Al3+, sustituye al Si en muchos silicatos. Por ejemplo en el grupo de

ldespatos así sucede, combinándose el Al con el K, Na o Ca.

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Las estructuras aisladas se originan cuando el oxígeno de un tetraedro se

enlaza con un catión y este a su vez se enlaza con el oxigeno de otro tetraedro.

La estructura resultante son tetraedros aislados rodeados por cationes (Tabla

3). El olivino es un mineral con este tipo de estructura.

Las estructuras en anillos se forman cuando dos oxígenos de un tetraedro se

enlazan con los oxígenos de los tetraedros adyacentes, uno en cada lado, y

forman anillos cerrados. Los anillos pueden ser de tres, cuatro o seis

tetraedros (Tabla 3). La cordierita, mineral común en las rocas metamórficas,

presenta este tipo de estructura.

Las cadenas simples se forman al relacionarse los oxígenos de diferentes

tetraedros, donde el oxígeno de cada lado se enlaza con el del tetraedro

vecino, en cadenas abiertas. Estas cadenas se relacionan con otras cadenas a

través de los cationes (Tabla 3). Los minerales del grupo de los piroxenos

presentan este tipo de arreglos, por ejemplo la Enstatita, mineral común en

rocas ultramáficas y rocas metamórficas de alto grado. Cuando las cadenas

simples se combinan a través de los oxígenos de sus tetraedros se forman las

cadenas dobles (Tabla 3). Las cadenas dobles también se enlazan a través de la

incorporación de cationes a la reacción. Un ejemplo de estas cadenas son los

minerales del grupo de los anfiboles, donde la hornblenda es un miembro del

grupo, cuya fórmula química es compleja e incluye Ca2+, Na+, Mg2+, Fe2+ y Al3+.

La hornblenda es un mineral común en las rocas ígneas félsicas y en las rocas

metamórficas de bajo y medio grado metamórfico.

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Por otro lado, los arreglos en hojas o láminas se forman cuando tres de los

oxígenos de cada tetraedro se enlazan con los oxígenos de los tetraedros

adyacentes para edificar una pila de hojuelas o láminas, donde los cationes son

los que conectan a las hojuelas. Las micas, comunes en rocas ígneas y

metamórficas y las arcillas, comunes en rocas sedimentarias, son ejemplos de

minerales con estas estructuras.

Cuando todos los oxígenos de un tetraedro se enlazan a los oxígenos de los

tetraedros adyacentes formando arreglos tridimensionales construyen los

armazones (Tabla 3). El grupo de los feldespatos y el cuarzo, dos de los

minerales más abundantes en la corteza, tienen este tipo de estructura.

Químicamente la forma más común de los silicatos es el dióxido de Silicio

(SiO2), que es la fórmula del cuarzo, el más común de los minerales. Cuando los

tetraedros de Si y O se enlazan la fórmula química total queda como SiO2.

Carbonatos

Son minerales compuestos por iones de C y O (CO3)2- que se combinan con otros

cationes como el Ca o el Mg para formar minerales. El CaCO3 constituye a la

calcita (Figura 4 ) y es uno de los mas abundantes minerales que existen sobre

la superficie de la Tierra. Se forma cuando el carbono es rodeado por tres

átomos de oxigeno en un triangulo. Los C se presentan en hojuelas, similares a

los arreglos de los silicatos, que se enlazan a través de sus cationes. Por

ejemplo las hojuelas del C que se enlazan a través del Ca forman a la calcita. La

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Tabla 4. Estructura de los silicatos. Los silicatos tienen como base en su estructura los tetraedros de Si2O4, que dependiendo de cómo se relacionan forman los diferentes tipos de silicatos (Modificada de Tarbuck y Lutgens, 1999). Estructuras en los silicatos Arreglo geométrico de los tetraedros

Ejemplo Composición química

Aislados (Nesosilicatos)

Olivino (Silicato de Magnesio y Fierro) Zircón (Silicato de zirconio)

(Mg, Fe)2SiO4 ) (SiO4)Zr

En anillos (Ciclosilicatos)

Cordierita (Silicoaluminato de Fierro y Magnesio) Berilio (Silicoaluminato de berilo)

Al3(Mg, Fe)2Si5AlO18

(Si6O18)Be3Al2

En cadenas Sencillas

Piroxeno Enstatita (Silicato de Magnesio y Fierro) Diopsido (Silicato de Calcio y Magnesio)

(Mg, Fe)SiO3 (Si2O6)CaMg

Inosilicatos

En cadenas

dobles

Anfibol Hornblenda (Silicato de fierro, magnesio ycalcio) Tremolita (Silicato de Calcio y Magnesio)

Ca(Mg, Fe)4Al(Si7Al)O22(OH, F) (Si8O22)Ca2Mg5(OH)2

En hojas (Filosilicatos)

Mica (muscovita) (Silico-aluminato de potásio Talco (Silicato de Magnesio)

KAl3Si3O10(OH)2 (Si4O10)Mg5(OH)2

En armazones (Tectosilicatos)

Feldespato (Ortoclasa)(Silico-aluminato de potásio) Cuarzo (silice)

KAlSi3O8 SiO2

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dolomita Ca,Mg(CO3)2 es un carbonato cuyas hojuelas se relacionan por la

alternancia de Ca y Mg que las enlazan.

Óxidos

En este caso se combina el O con un catión geralmente metálico, el Fe2+ o el

Fe3+, para formar minerales, por ejemplo la hematita Fe2O3. Generalmente

presentan enlace iónico y su estructura varía de acuerdo al tamaño de los

cationes presentes. Este grupo es importante porque muchos de los elementos

metálicos económicamente importantes se presentan como óxidos, por ejemplo

el cromo o el titanio, o el mismo Fe. Por otra parte la espinela es un óxido de

dos metales (MgAl2O4) con un empaquetamiento muy cerrado con estructura

cúbica que le confiere una densidad de 3.6 g/cm3, lo cual refleja las

condiciones de P y T bajo las cuales se forman.

Sulfuros

Los sulfuros son compuestos por el anion S2- y cationes metálicos. Las menas

minerales de muchos yacimientos se presentan como sulfuros, por ejemplo el

Cu, Pb, Zn o Ni. La estructura de este grupo mineral es diversa y depende del

tipo de catión con el que se combina el S2-. A este grupo mineral pertenece la

pirita (FeS2).

Sulfatos

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Los sulfatos son minerales constituidos por el anión (SO4)4- y cationes

metálicos. Este grupo también presenta una gran diversificación en cuanto

estructura. El mineral más abundante de este grupo es el Yeso, el cual se

forma por la evaporación del agua de mar. Durante la evaporación iones de Ca2+

y SO42+, abundantes en el agua de mar se combinan y precipitan como capas de

sedimentos, formando sulfato de calcio (CaSO4.2H2O). La anidrita (CaSO4).

difiere del yeso porque la primera no contiene agua. El yeso es estable a bajas

temperaturas y presiones, las que prevalecen en la superficie de la Tierra. La

anhidrita es estable a las temperaturas y presiones que prevalecen cuando son

sepultados los sedimentos.

Es importante reflexionar en el hecho que los minerales han estado presentes

a lo largo de la historia del hombre. Incluso en la actualidad los minerales, o los

productos derivados de ellos, son la base de la tecnología moderna, sin olvidar

que varios de ellos han sido utilizados desde tiempos inmemoriales como gemas

o piedras preciosas. Cuando transitamos por una carretera y observamos un

paisaje montañoso, generalmente no somos concientes de los procesos que han

ocurrido para dar como resultado ese paisaje, mucho menos nos percatamos de

los materiales que lo componen. Estos materiales son las rocas, las cuales como

ya se ha mencionado, están compuestos por minerales. Para entender los

procesos que han modelado el paisaje y dado origen a las rocas que lo

constituyen, es necesario estudiar a los minerales, identificándolos y

estableciendo las relaciones que tienen entre ellos.

En resumen, el estudio de los minerales es importante para entender los

procesos que han ocurrido a lo largo de la historia de la Tierra, ya que

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permiten definir bajo que condiciones se llevan a cabo los procesos que

generan a las rocas, que las deforman y que permiten la acumulación de

materiales útiles al hombre (yacimientos). Además, no debemos olvidar que el

desarrollo de la civilización (¿?) humana depende hasta ahora y en gran medida

de los recursos obtenidos directa o indirectamente de nuestro planeta, la cual

ha invertido cerca de 4,600 Ma en crearlos. Esto hace necesario que

comprendamos la importancia y el tiempo que necesitó la Tierra para

generarlos y por consecuencia que lo importante que es explotarlos

racionalmente.

Referencias

Tarbuck, E.J. y Lutgens, 1999, Ciencias de la Tierra; ed. Prentice Hall, 619 p.

Agradecimientos

Agradezco a Consuelo Macías Romo por su apoyo en la toma de las fotografías

de los minerales que ilustran el texto.

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cuando observamos el palacio de bellas artes de la ciudad

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