Minerales

Geología. Mineralogía. Cristales. Sistemas cristalinos. Redes cristalinas

  • Enviado por: Casilda
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LOS MINERALES Y LAS ROCAS

CONCEPTO DE MINERAL

Mineral: un mineral es un sólido homogéneo inorgánico de origen natural, con una composición química definida, que puede ser variable dentro de unos límites, y que presenta una estructura cristalina.

Ser sólido implica que los átomos que forman una sustancia prácticamente no pueden moverse con libertad unos respecto a otros. En los líquidos, la movilidad de los átomos o moléculas es mayor, y en los gases, mayor todavía.

La característica homogénea hace referencia a que los componentes químicos de que consta un mineral no pueden ser separados por procesos físicos

El hecho de ser inorgánico, permite diferenciar algunos minerales de otras sustancias que presentan la misma composición, y adoptan formas prácticamente idénticas, pero que son originados por seres vivos

El origen natural diferencia los minerales de aquellas sustancias muy semejantes a ellos, pero producidas por acción de las personas. Según esto, los diamantes sintéticos, no se pueden considerar minerales.

Los minerales presentan composiciones químicas definidas. Esto no explica que, en ocasiones, presenten otros elementos químicos en proporciones menores. Las coloraciones variables de muchos cristales de cuarzo se deben a este hecho.

ESTRUCTURA CRISTALINA

Estructura amorfa: cuando las partículas se sitúan en el espacio de forma desordenada.

Estructura cristalina: implica una disposición ordenada de los átomos, es decir, los átomos forman una red tridimensional que sigue un modelo geométrico regular. Los cuerpos que presentan estructura cristalina, se llaman cristalinos. Si presentan una forma más o menos geométrica, en su exterior se llaman cristales.

LOS MINERALES DEL INTERIOR DE LA TIERRA Y LOS EXTRATERRESTRES

En la definición no se incluye como criterio la pertenencia a la corteza terrestre. De este modo, se considera también minerales aquellas sustancias que cumplen los criterios anteriores, y se encuentran en otras capas de la tierra o en planetas u otros objetos celestes distintos de la tierra.

CONCEPTO DE MINERALOIDE

Mineraloides: sustancias naturales amorfas, es decir, que carecen de una estructura interna ordenada. Cualquier sustancia que no completa alguna de las características de la definición de mineral.

CONCEPTO DE ROCA

Una roca es un agregado natural, coherente y multigranular de uno o más minerales o mineraloides que conservan individualmente sus propiedades. No tedas las rocas están formadas por minerales diferentes. Hay rocas que solo presentan un tipo de mineral, como la caliza.

LA ESTRUCTURA DE LOS MINERALES

EL CONCEPTO DEL CRISTAL

Un cristal es un sólido homogéneo que presenta una estructura interna ordenada de sus constituyentes químicos, sean átomos, iones o moléculas.

La estructura cristalina, no es exclusiva de los minerales. Hay muchas sustancias cristalinas de origen orgánico, como el azúcar o las concreciones calcáreas de las conchas de moluscos, o de origen artificiales, como el acetato de plomo.

ESTRUCTURA CRISTALINA

La celda fundamental o celda unitaria o malla es la distribución de átomos, iones o moléculas más pequeña, cuya repetición definida origina todo el conjunto cristalino.

En teoría este proceso se podría repetir indefinidamente hasta que se obtuviera el más pequeño conjunto de átomos, ordenados del mismo modo, y con la misma forma de cada uno de los fragmentos mayores. Estaríamos, entonces, ante la celda fundamental del cristal

El conjunto de constituyentes químicos que forma la celda fundamental, se repite en las tres direcciones del espacio para formar todos el cristal. Esta es la razón de que el aspecto externo de un cristal esté relacionado con la forma geométrica de su celda fundamental.

Las formas poliédricas de caras planas, típicas de las sustancias cristalinas, indican que el cristal crece a diferentes velocidades en las distintas direcciones del espacio.

Un cristal se origina por acumulación de un pequeño conjunto de átomos. En consecuencia, si el crecimiento se produjera a la misma velocidad en todas las direcciones, los cristales serían esféricos.

LA RED CRISTALINA

La disposición ordenada de los constituyentes químicos en sucesiones a lo largo de los ejes, y los planos del cristal, es decir, en las tres direcciones del espacio, forman una red cristalina.

Repetición de la celda inicial en todos los espacios.

LOS NODOS

Cada uno de los constituyentes químicos, considerados, como puntos geométrico, recibe el nombre de nudo o nodo.

Esto se les ponen en filas y se repite cada cierta distancia característica, denominada periodo.

EL PLANO RETICULAR

Un conjunto de filas paralelas y equidistantes.

Los espacios delimitados por los nodos, se denominan mallas. Las redes planas se forman geométricamente con la translación en dos direcciones de los constituyentes químicos que forman el cristal.

La intersección de varias filas originaría un nodo. Los constituyentes químicos se sitúan, normalmente, en estas intersecciones, aunque no siempre es así. También ocupan otros lugares como el centro de las caras de la celda fundamental. (pueden aparecer en medio).

EL RETÍCULO ESPACIAL

La superposición de varios planos reticulares da lugar al retícula espacial

Una línea del retículo corresponden a la arista del cristal

Un plano corresponde a la cara del cristal

El retículo se correspondería con el propio cristal

LOS ELEMENTOS DE SIMETRÍA

En los cristales, se pueden definir tres clases de elementos de simetría: ejes, planos y centros

Un eje de simetría es una línea que pasa por el centro del cristal, el cristal al dar la vuelta entorno a ella, ocupa 2, 3, 4, ó 6, veces la misma posición.

Si la posición se ocupa dos veces es binario

Si la posición se ocupa tres veces es ternario

Si la posición se ocupa cuatro veces es cuaternario

Si la posición se ocupa seis veces es senario

Un plano de simetría es un plano que divide el cristal en dos partes, cada una de las cuales es la imagen especular de la otra

Un centro de simetría es un punto interior del cristal que divide en dos partes iguales a cualquier segmento, pase por el y enlaza juntos equivalentes.

LOS SISTEMAS CRISTALINOS

Existen 32 clases de cristales según sus características de simetría, que se organizan en 14 tipos de redes tridimensionales, las 14 redes de Bravais.

El número de combinaciones posibles de los elementos de simetría es finito.

La posesión de elementos de simetría en común permite agrupar las 32 clases cristalinas en 7 grupos, los sistemas cristalinos. Estos sistemas quedan definidos por las constantes cristalográfica, es decir, el tamaño característico de las aristas, y el ángulo que forman entre si en la s celdas fundamentales de cada tipo de cristal.

Los sistemas cristalinos son: cúbico o isométrico, triclínico, momoclínico, rómbico, tetragonal, hexagonal y trigonal o romboédrica.

Cada celda unidad queda determinada por la longitud de sus aristas a, b, y c que se cortan en un punto, y por el valor de sus ángulos ð, ð, γð que forma dichas aristas. Estos valores reciben el nombre de constantes cristalográficas y varían de una celdas a otras.

En la naturaleza existen siete tipos de células fundamentales, que se llaman: triclínico, monoclínico, cúbico, rómbico, hexagonal, romboédrico, tetragonal.

Triclínico: a ðð b ðð c; ððð ððð γ ðð 90

Monoclínico: a ðð b ðð c; ð ð γ ð 90 ð ðð 90

rómbico: a ðð b ðð c; ð ð γ ð ð

Hexagonal: a = b ðð c; ð ð ð ð 90 γ ð 60 ó 120

Romboédrico: a = b = c; ð ð ð ð γ ðð 90

Tetragonal: a = b ððc; ð = ð = γ = 90

Cúbica: a = b = c; ð = ð = γ ð 90

En ocasiones la estructura interna de los edificios cristalinos, presenta imperfecciones debidas a impurezas dentro de la red cristalina o a la sustitución de unas partículas elementales por otras. Por ello se forman cristales defectuosos. Estos defectos, originas determinados colores, contribuyen a la formación de piedras preciosas, permiten la flexibilidad de algunos metales o aumentan su resistencia y dureza. El ser humano aprueba estas imperfecciones en importantes aplicaciones, como en el funcionamiento de transistores y del láser.

ELEMENTOS MORFOLÓGICOS DE UN CRISTAL

Las caras que corresponden a los planos reticulares, las aristas o filtros de nodos de los bordes de una cara y los vértices que son los nudos o puntos terminales de las aristas.

EL HÁBITO Y LAS ASOCIACIONES DE CRISTALES

En la naturaleza, lo habitual es encontrarnos en forma de agregados de granos, más o menos aleatorios.

El hábito de un cristal es la forma en la que se encuentra en la naturaleza.

LAS MACLAS

Las maclas son crecimientos conjuntos y simétricos de dos o mas cristales de la misma sustancia

Una macla de contacto es aquella que presenta un plano de separación de los cristales que actuan, como el plano de macla. Se observa en minerales como el yeso o el aragonito.

Una macla de penetración está construida por cristales que se interpretan y presentan una superficie de unión regular.

ISOMORFISMA

Misma estructura cristalina, y diferente composición química.

POLIMORFISMA

Diferente estructuras cristalina, y la misma composición química.

LA FORMACIÓN DE LOS MINERALES

LA CRISTALIZACIÓN

La cristalización es el proceso mediante el cual se ordenan un conjunto de constituyentes químicos formando una estructura cristalina.

En las condiciones de temperatura, presion o concentración cambian, los átomos se pueden agrupar en una disposición característica y ordenada: la estructura cristalina

LOS MECANISMOS CRISTALINOS

SUBIMACIÓN

Los átomos de un gas van aproximándose conforme esta se enfría.

Al final del proceso se produce una agregación en forma de sólido cristalino. Un ejemplo es la formación de cristales de azufre en las fumarolas volcánicas.

LA PRECIPITACIÓN

Los átomos de la disolución se aproximan al desaparecer el disolvente en el que están inmersos, hasta formar un sólido cristalino.

Lo mismo sucede al disminuir la temperatura o la presión, pues, en ambos casos, la disolución permite menos soluto disuelto, y el exceso forma cristales. Son ejemplos la sal gema y el yeso.

LA SOLIDIFICACIÓN

Los átomos se van aproximando según se enfría el material fundido

En el fundido, los átomos tienen mucha libertad de movimiento, que se va perdiendo al bajar la temperatura. Ejemplos son la mica y el olivino.

EL METAMORFISMO

Los átomos de un mineral pueden cambiar de orden sin que el mineral cambie de estado y permanezca sólido.

LOS AMBIENTES GEOLÓGICOS DE FORMACIÓN MINERAL

Podemos distinguir tres ambientes geológicos de formación mineral: magmático, metamorfismo y sedimentario.

En el ambiente magmático se forma minerales debido a:

Procesos de cristalización por solidificación a partir de lavas (olivino.)

Sublimación a partir de gases liberados por volcanes (azufre.)

En el ambiente metamórfico, los minerales se forman por cambio en estado sólido de la organización del retículo cristalino como consecuencia de las elevadas presiones y temperaturas.

En el ambiente sedimentario, los minerales proceden de la roca ya existentes y que han sido desgastadas por procesos erosivos o de meteorización. Es el caso del yeso, el natrón, la habita o la calcita

EL CRECIMIENTO CRISTALINO.

LA NUCLEACIÓN

El crecimiento de todo mineral comienza con el proceso de nucleación de sus constituyentes químicos a partir de la mezcla en que se encuentren.

La nucleción consiste en la formación de pequeños agregados de átomos:

Por precipitación

Por solidificación

Estos agregados, que actúan como núcleos (germen cristalino) a partir de los cuales cree el cristal por adición de nuevos átomos, se organiza según el modelo estructural del cristal al que darán lugar.

EL TAMAÑO CRÍTICO

El proceso de cristalización solo concluirá satisfactoriamente si el núcleo cristalino alcanza un tamaño crítico.

Hay dos tendencias:

La de agregación para formar un cristal.

La de retorno a la masa en cuyo seno se halla el núcleo.

Un núcleo tiene una superficie muy grande respecto a su volumen y, por tanto, la tendencia de los átomos a abandonar el cristal en formación es muy elevada. En otras palabras, tienden a volver a la mezcla de la que partieron.

La formación de cristales más o menos perfectos, en la naturaleza, requiere: tiempo suficiente, reposo y espacio adecuado.

LAS PROPIEDADES DE LOS MINERALES

Las propiedades químicas y físicas de los materiales son consecuencia de los átomos o iones que los forman, de cómo estos se disponen formando un retículo y de los enlaces que los mantienen unidos.

LOS ENLACES QUÍMICOS

Los enlaces químicos son fuerzas electrostáticas que mantienen unidos los átomos

Los enlaces son fruto de la estructura electrónica de cada átomo: iónico, covalente, metálico, de Van der Waals y de hidrógeno.

ENLACE IÓNICO

El enlace iónico es una fuerza de atracción entre los iones de carga opuesta.

En le enlace iónico, se establece cuando un átomo pierde electrones y adquiere carga positiva ( se transforma un catión), y los electrones son tomados por otro átomo, que adquiere carga negativa (se transforma en un anión.) Esto tiene como resultado que ambos iones se atraigan.

ENLACE COVALENTE

El enlace covalente es una fuerza de atracción resultante de la compartición de los electrones de la capa de valencia por parte de los átomos que se unen.

ENLACE METÁLICO

El enlace metálico es una fuerza de atracción debida a la formación de una nube electrónica que envuelve a los núcleos de los átomos que forman el mineral.

EL ENLACE DE VAN DER WAALS

El enlace de Van der Waals es una fuerza de atracción entre moléculas que presentan una distribución de carga dipolar.

ENLACE DE HIDRÓGENO

El enlace de hidrógeno es una fuerza atractiva entre un átomo de hidrógeno con carga positiva y un átomo con carga negativa.

LAS PROPIEDADES FÍSIAS DE LOS MINERALES

Las propiedades de los minerales se relacionan con su estructura.

Una propiedad escalar es la que no depende de la estructura interna del mineral, como la densidad o el punto de fusión.

Una propiedad vectorial es aquella que varía con la dirección, ya que depende de la estructura cristalina. Es el caso de la elasticidad, la dureza, el color o la fractura.

Según estas propiedades, se distinguen dos tipos de minerales

Isótropo, si todas sus propiedades se manifiestan con igual intensidad en todas direcciones.

Anisótropo, si sus propiedades dependen de la dirección o cambian con ella.

LAS PROPIEDADES MECÁNICAS

LA TENACIDAD

Es la resistencia que un mineral opone a ser roto, molido, doblado o desgarrado.

Según esto, un mineral puede ser:

Frágil, si se rompe o se reduce a polvo fácilmente, como el yeso

Maleable, si se puede estirar en láminas delgadas, como la plata.

Dúctil, se puede estirar en forma de hilo, como el cobre.

Flexible, si se puede doblar, pero no recupera la forma original, como el talco.

Elástico, si recupera su forma original tras deformarse, como la mica.

LA DUREZA

Es la resistencia que ofrece la superficie de un mineral a ser rallada

La dureza de un mineral depende de su enlace más débil, por lo que los minerales con enlace de Van der Waals y / o de hidrógeno serán fáciles de rayar.

LA EXFOLIACIÓN

La capacidad que tiene un mineral de romperse paralelamente a ciertos planos de la red mineral. Por ejemplo, la mica.

LA FRACTURA

Es la rotura irregular de un mineral

Concoidea: las superficies son lisas, como el cuarzo

Terrosa: se forman trozos similares a granos de tierra, como la arcilla

Irregular: se forman superficies sin forma característica, como la calcita.

LAS PROPIEDADES ÓPTICAS

EL COLOR

Es el tipo de luz que refleja un mineral de toda la que recibe.

El color que apreciamos en la superficie de un mineral no es el verdadero, por ello se observa el color que deja una raya del un mineral en una paca de porcelana porosa de dureza 7.

EL BRILLO

Es el aspecto que ofrece su superficie cuando refleja la luz.

Vítreo: Recuerda el brillo del vidrio, como el cuarzo.

Metálico: Tiene el brillo de un metal, como la pirita.

Adamantino: Presenta el reflejo fuerte y brillante del diamante, como la cerusita.

Resinoso: Tiene el brillo de la resina, como el azufre.

LA REFRINGENCIA

Es la capacidad de los minerales transparentes de cambiar la dirección de un rayo de luz que los atraviese.

Los minerales son monorrefringentes, cuando la luz presenta una refracción sencilla, es decir, se prolonga su través a la misma velocidad en todas las direcciones. Siempre ves doble.

Los minerales son birrefringentes, si la luz cambia su velocidad de propagación en función de los ejes cristalográficos. En este caso, el rayo incidente se desdobla en otras dos. Hay dos tipos:

Los minerales uniáxicos, que presentan una dirección especial en la que se comportan como monorrefringentes.

Los biáxicos, que presentan dos direcciones en las que se comportan como monorrefringentes.

LA LUMINISCENCIA

Es la capacidad de algunos minerales de emitir luz.

La fluorescencia es la luminiscencia que se produce mientras un mineral es expuesto a los rayos X o a rayos ultravioleta.

Si la luminiscencia persiste después de la exposición se habla de fosforescencia.

La termoluminiscencia es la capacidad de emitir luz, que presentan ciertos minerales al ser calentados, como la fluorita.

La triboluminiscencia es la capacidad de ciertos minerales de emitir luz al ser molidos, rayados o sometidos a torsión, como la lepidolita.

LAS PROPIEDADES ELÉCTRICAS

LA CONDUCTIVIDAD

La conductividad eléctrica que presentan los minerales depende del carácter metálico del enlace entre sus átomos

Los minerales que presentan enlace metálico, como el cobre, conducen muy bien la electricidad.

Si los átomos están unidos por enlaces con un cierto carácter metálico, son semiconductores, como por ejemplo la galena.

En los minerales con enlace covalente, como el diamante, son no conductores. Son también no conductores los compuestos iónicos como el yeso y la fluorita.

LA PIEZOELECTRICIDAD

Es la capacidad de un mineral de producir un flujo de electrones ( una corriente eléctrica) cuando es sometido a una variación de temperatu8ra, un ejemplo es la turmalina.

LAS PROPIEDADES MAGNÉTICAS

Las propiedades magnéticas de un mineral, dependen del movimiento de sus partículas.

Son compuestos:

Diamagnéticos: son aquellos poco o nada susceptibles de detectar un campo magnético, como el oro, plomo, cobre, agua.

Paramagnéticos: los que poseen breves intermedios de magnetismo, como el cromo, manganeso, platino y aluminio.

Ferromagnéticos: que poseen valores altos de magnetismo, muy susceptibles de detectar campos magnéticos, como el hierro, cobalto y níquel.

Diamagnéticos y paramagnéticos: tienen las propiedades muy débiles y por lo tanto se consideran no magnéticos.

LA CLASIFICACIÓN DE LOS MINERALES

La clasificación de los minerales se basa en dos criterios:

El grupo aniónico dominante en su composición química.

Consideraciones estructurales.

Elementos nativos: minerales formados por un solo elemento químico. Ejemplo cobre, oro, plata, azufre, diamante, grafito y platino.

Haluros: minerales que presentan aniones de átomos del grupo VIVb, como fluoruros y cloruros, bromuros, yoduros, como: Halita, fluorita y silvina.

Sulfuros: minerales que presentan aniones del tipo VIb, como sulfuros, arseniuros, y teluros, como la galena, pirita, cinabrio, y rejalgar.

Sulfosales: minerales compuestos por plata, cobre cinc o plomo en combinación con azufre y antimonio, azufre y arsénico o azufre y bismuto. Ejemplos: enargita y proustita.

Óxidos e hidróxidos: minerales que presentan oxígeno o el grupo hidroxilo en el caso de los hidróxidos. Ejemplos; el corindón casiterita y goetita.

Carbonatos: minerales con el anión carbonato, como la calcita y la azurita.

Nitratos: minerales con el anión nitrato (NO3 -.)Ejemplos: nitratina y nitro.

Boratos: minerales con el anión borato (BO33-.) Ejemplos: bórax.

Fosfatos: minerales con el anión fosfato (PO43-.) Ejemplos: apatito, en este grupo, también se incluyen, a los arseniatos, y los vanadatos.

Sulfatos: minerales con el anión (SO4=.) Ejemplos: yeso, en este grupo, también se incluye los cromatos (CO42-.)

Wolframatos: minerales con el anión wolframato (WO4=.) Ejemplos wolframita, en este grupo se incluye a los molibdaos (WoO44-.)

Silicatos: minerales con el anión silicato (SiO44-.) Todos tiene como estructura base un tetraedro con un átomo de silicio en el centro rodeado de cuatro oxígenos.

Nesosilicatos: presentan tetraedros independientes, cuya fórmula unitaria es (SiO4)4- . ejemplos: olivino

Sorosilicatos: presentan pares tetraedros que comparten un átomo de oxígeno. Ejemplos: epidota

Ciclosilicatos

Inosilicatos

Piroxeno: cadenas simples cuya fórmula unitaria es (SiO3)2 . Ejemplos: augita

Anfíboles: cadenas dobles cuya fórmula unitaria es (Si4O11) 6- . Ejemplo: tremolita

Filosilicatos: los tetraedros se asocian compartiendo átomos de oxígeno, y forman láminas. Ejemplo: talco

Tectosilicatos: los tetraedros comparten átomos de oxígeno y forman una red cristalina. Ejemplo: cuarzo y ortosa.

Minerales

anfíboles

piroxenos

ciclosilicatos

SOROSILICATOS