Introducción a los Minerales

Definición de mineral, propiedades de los minerales y minerales más importantes.

Definición de Mineral

Los minerales son sólidos cristalinos; son sustancias inorgánicas, naturales, con una composición específica que puede ser definida bajo una fórmula química.

Así, quedan excluidas del concepto de mineral las sustancias que tengan un origen orgánico o que se hayan formado mediante la intervención del ser humano. Tampoco son minerales los componentes de la atmósfera ni el agua de los océanos, mares o ríos. Por ejemplo, el azúcar, el vidrio que utilizamos en la elaboración de vasos, espejos, ventanas, etc., y la cal, que se origina de forma no natural, por lo tanto, no son minerales.

En relación a que tienen una composición química definida, se presentan los siguientes ejemplos:

• Calcita (CaCO₃) = carbonato de calcio.
• Hielo (H₂O) = estado sólido del agua.
• Pirita (FeS₂) = sulfuro de hierro.
• Galena (PbS) = sulfuro de plomo.
• Halita (NaCl) = cloruro de sodio (sal común).

Estos son minerales porque se pueden expresar bajo una fórmula química, tienen origen natural y son sólidos cristalinos; por lo tanto, cumplen con lo exigido en la definición.

El Cristal y la Estructura Interna

Un cristal es la forma externa ideal de un sólido cristalino. Así, un cristal es un sólido geométrico regular limitado por caras de cristal, las cuales son superficies planas que se cortan a lo largo de líneas rectas y dan bordes rectos.

Los cristales desarrollan su forma externa durante el proceso de cristalización, el cual es un proceso de adición de átomos o iones uno a uno, encajado cada uno en su lugar apropiado dentro de un esquema conocido como malla cristalina.

Cuando una roca cristaliza, un mineral ocupa una cavidad irregular. El borde exterior del cristal se modelará ajustándose a la superficie irregular, con lo cual no se verá la verdadera forma externa del cristal. Sin embargo, la estructura interna del cristal se ajustará exactamente a la disposición correcta de átomos en la malla cristalina.

La estructura atómica de un mineral o cristal se refiere a la disposición interna ordenada de átomos en un sólido cristalino. Dicha estructura y composición química juegan un importante papel en las características físicas y químicas de los minerales.

Propiedades Físicas Más Relevantes de los Minerales

1. Exfoliación y Fractura

   a) Exfoliación

   Es la tendencia que presentan algunos minerales a romperse a lo largo de superficies de debilidad (planos de exfoliación). Tales superficies guardan una estrecha relación tanto con la estructura atómica interna como con la forma externa del cristal. Por ejemplo: las micas, tienen exfoliación perfecta.

   b) Fractura

   Cuando un mineral carece de exfoliación, se rompe según diversas formas características de superficies de fractura. Así, el cuarzo tiene fractura concoidea. Otros tipos de fracturas son: irregular, regular, astillosa y ganchuda.

2. Peso Específico

   Cada especie mineral tiene un peso específico determinado, el cual es el resultado de dividir su densidad entre la densidad del agua a 4 °C. Esta es una propiedad de gran importancia en un mineral, ya que determina la densidad de una roca dada, la cual no es más que una mezcla de minerales. Además, ayuda en la identificación de un mineral.

3. Dureza

   La dureza mineral es el grado en que una superficie mineral (no alterada) resiste al ser rayada. Es de gran importancia geológica, ya que determina con qué facilidad se desgasta un mineral por la acción abrasiva de las aguas, olas, vientos, glaciares, o su resistencia a la acción de erosión y transporte.

   Escala de Dureza de Mohs

   1. Talco (el más blando)
   2. Yeso (es rayado por la uña)
   3. Calcita (se raya con una moneda de cobre)
   4. Fluorita
   5. Apatito (puede ser rayado con una navaja, vidrio)
   6. Ortosa (se raya con lima de acero)
   7. Cuarzo
   8. Topacio
   9. Corindón
   10. Diamante (el más duro)

   Cada mineral de la escala raya todos los números inferiores, pero será rayado por los de números superiores. Así, el topacio raya al cuarzo, pero el topacio no es rayado por el cuarzo.

4. Brillo

   El aspecto de una superficie mineral (no alterada o meteorizada) a la luz reflejada se conoce como brillo mineral. Este brillo puede ser: metálico, vítreo, resinoso, sedoso o nacarado.

5. Color

   Aunque muchas especies minerales tienen variedades que difieren notoriamente de color, ciertos minerales poseen un color mineral característico que es de gran utilidad para su identificación. Así tenemos:

   • Verde oliva: olivinos.
   • Incoloros: cuarzo, calcita, yeso.
   • Blancos: feldespato Ortosa (feldespato potásico).
   • Negros: Biotita (mica negra).
   • Rojo-terroso: óxidos de hierro, tales como hematita, limonita, que dan un color característico a las rocas donde están presentes (ejemplo: arenisca roja).

6. Raya

   La raya es el color característico del polvo mineral, la cual ocurre cuando una muestra (no alterada) de mineral se frota o rasca contra la superficie áspera (no vidriada) de una placa de porcelana o losa blanca. Esta característica es bastante útil para identificar el mineral; sin embargo, es importante mencionar que algunos minerales diferentes rayan de forma similar.

Clasificación Química de los Minerales

Los mineralógos utilizan un sistema de diversas clases químicas que agrupan, en cada clase, minerales con similitudes químicas y que, a menudo, se presentan en el mismo contexto geológico. Así tenemos:

a) Elementos nativos

Los elementos nativos son una clase distinta de los compuestos. Como ejemplo tenemos: el cobre y el oro nativos (ambos metales); mientras que el azufre nativo y el diamante son no-metales.

b) Los compuestos

Comprenden óxidos, sulfuros, carbonatos, haluros, sulfatos, silicatos hidratados e hidróxidos. Los sulfuros son una clase muy importante en minería, ya que abarcan la mayoría de las menas minerales comunes. Los carbonatos, haluros y sulfatos son una clase de gran importancia entre los sedimentos y las rocas sedimentarias; se forman con gran facilidad en ambientes superficiales, bien sea en tierras emergidas o en los fondos de los lagos o del océano. Los silicatos son minerales que incluyen el ión silicato (SiO₄) y constituyen la mayor parte de la masa de todas las rocas ígneas. Los silicatos hidratados y los hidróxidos son minerales caracterizados por la inclusión del ión hidroxilo (OH¯) o la molécula de agua (H₂O) en sus fórmulas químicas. Es muy importante recordar que los minerales de esta clase se forman en la superficie terrestre o cerca de ella, donde abunda el agua, y están característicamente asociados a la descomposición de las rocas y la formación del suelo. Como ejemplo tenemos: caolín, bauxita, limonita, etc.

Otra característica importante de los minerales son el polimorfismo y el isomorfismo.

Polimorfismo

El polimorfismo mineral es la propiedad de algunos minerales de igual composición para cristalizar bajo dos formas distintas de estructuras atómicas diferentes. Como ejemplo podemos citar:

Isomorfismo

El isomorfismo mineral es la propiedad que poseen ciertos minerales, o sustancias minerales de distinta composición química (similar o parecida) e igual forma cristalina, de dar mezclas homogéneas sin limitación (o, en algunos casos, dentro de ciertos límites). Ejemplo:

Sistemas Cristalinos

Los cristales minerales pertenecen a alguno de los seis sistemas cristalinos existentes. Cada uno de ellos está definido en términos de sus ejes cristalográficos, es decir, aquellos ejes que rigen la posición de las caras del cristal. Todos los sistemas cristalinos tienen tres ejes cristalográficos, con excepción del sistema hexagonal, que tiene cuatro.

La cruz axial de cada sistema consta de ejes y de ángulos cristalográficos. Son elementos cristalográficos característicos de cada sistema.

Clases Químicas de Minerales Comunes (Según A. Strahler)

Descripción de Minerales Comunes Formadores de Rocas Ígneas

Los minerales más comunes formadores de rocas ígneas son, en su mayoría, compuestos silicatos. Entre ellos podemos citar: olivino, grupo del piroxeno, grupo del anfíbol, grupo de la mica, grupo de los feldespatoides y cuarzo. Siendo este último una excepción, ya que es un óxido simple de silicio (SiO₂).

Antes de describir cada uno de estos grupos, hablemos brevemente de los silicatos.

Los Silicatos

Los minerales silicatos son aquellos en los que varios iones metálicos están combinados con el ión silicato. Son compuestos de silicio y oxígeno. Una excepción resulta ser el cuarzo, que es un óxido simple de silicio y oxígeno (cuarzo = SiO₂). Los principales minerales silicatos constituyen, aproximadamente, el 92% de la masa de las rocas ígneas, por lo tanto, son de vital importancia en la clasificación y en las variedades de rocas concretas del grupo ígneo.

A continuación, pasaremos a describir, en términos de composición química y propiedades físicas, los siete minerales o grupos de minerales silicatos más importantes.

Olivino

Los olivinos son silicatos de hierro y magnesio. Forman una serie de disolución sólida con la forsterita (Mg₂SiO₄) y la fayalita (Fe₂SiO₄). La composición química del olivino es (Mg, Fe)₂SiO₄. El hierro y el magnesio son ambos metales pesados, cuya presencia le da al olivino un peso específico elevado, el cual oscila entre 3,3 y 4,4 según la creciente porción en hierro.

Propiedades del Olivino:

• Color: Verde amarillento a verde oliva. Las rocas ricas en olivino tienen un tono verdoso.
• Peso específico: 3,3 – 4,4
• Fractura: concoidea.
• Brillo: vítreo
• Dureza: 6,5 – 7 (según Escala de Dureza de Mohs)
• Forsterita: olivino puro de magnesio (Mg₂SiO₄)
• Fayalita: olivino puro de hierro (Fe₂SiO₄)
• Sistema de cristalización: rómbico.

Grupo del Piroxeno

Este grupo comprende varios minerales que son silicatos de hierro, magnesio, calcio y aluminio. El silicio y el oxígeno se presentan en proporción de 1:3 (SiO₃); pero si comparamos con la proporción en el olivino, esta es de 1:4 (SiO₄). También cabe mencionar que en el olivino no hay presencia de aluminio.

Entre los piroxenos más comunes mencionaremos: augita (piroxeno alumínico, monoclínico que va desde las variedades diopsídicas a las ferruaugitas ricas en CaFeSi₂O₆); hiperstenos (piroxeno rómbico, no alumínico, próximo a (Mg, Fe)SiO₃); también el diópsido (CaMgSi₂O₆); enstatita (MgSiO₃); ferrosilita (FeSiO₃); hedenbergita (CaFeSi₂O₆); egirina (NaFeSi₂O₆); entre otros.

A continuación se presenta una lista con las propiedades físicas y químicas más resaltantes del piroxeno augita.

Propiedades de la Augita:

• Fórmula química: (Ca,Na)(Mg,Fe,Al)(SiAl)₂O₆). En la augita, el calcio (Ca) siempre está presente, pero puede ser sustituido parcialmente por el sodio (Na). También el magnesio (Mg) y el hierro (Fe) están presentes en cantidades muy importantes.
• Sistema de cristalización: monoclínico
• Exfoliación: en planos de 87º – 93º; a simple vista, la exfoliación parece de ángulo recto (90º)
• Peso específico: 3,2 – 3,5
• Dureza: entre 5 y 6
• Brillo: vítreo en la superficie de exfoliación
• Color: verde oscuro a negro

Grupo del Anfíbol

El anfíbol es un silicato complejo que contiene proporciones variables de Ca, Mg, Fe y Al. Existe una marcada diferencia entre la composición de los anfíboles y los piroxenos, ya que los primeros incluyen en su fórmula el ión hidroxilo (OH¯), no presente en los piroxenos. El miembro más común de este grupo es el anfíbol hornblenda, cuyas propiedades físicas y químicas más resaltantes se presentan a continuación.

Propiedades de la Hornblenda:

• Fórmula química: (Ca,Na)_2-3(Mg,Fe,Al)₅Si₆(Si,Al)₂O₂₂(OH)₂
• Color: verde oscuro a negro
• Sistema de cristalización: monoclínico
• Peso específico: 3,2
• Dureza: 5,5
• Brillo: sedoso
• Exfoliación: presenta exfoliación diferente a la de los piroxenos. Los dos juegos de planos de exfoliación paralelos se cortan oblicuamente, con ángulos de 124º (obtusos) y 56º (agudos) entre los planos de exfoliación. Las superficies de exfoliación presentan una textura fibrosa y una apariencia que puede ser sedosa.

Nota: como puede notarse, la augita y la hornblenda se parecen en muchos aspectos, sin embargo, difieren notoriamente en lo que a exfoliación se refiere.

Grupo de la Mica

Este importante grupo comprende varios silicatos de aluminio en que el potasio (K) está siempre presente junto con el ión hidroxilo y, en los que puede o no, haber magnesio y hierro. Una propiedad física muy importante de estos minerales es que poseen una exfoliación perfecta, según un único juego de planos paralelos. La dureza de las micas es bastante baja, oscila entre 2,5 y 3 en la escala de Mohs.

Del presente grupo, las micas más comunes son: biotita (mica oscura, verde a parda oscura en láminas delgadas y negra en masas gruesas) y la moscovita (mica clara, de incolora a transparente en láminas delgadas). La mica moscovita es un excelente aislante eléctrico.

Moscovita

• Color: tono claro. En láminas de exfoliación delgadas se observa incolora a transparente.
• Fórmula química: KAl₂(AlSi₃O₁₀)(OH)₂
• Peso específico: 2,8 a 2,9

Biotita

• Color: oscuro. Verde a parda oscura en láminas delgadas y negra en masas gruesas.
• Fórmula química: K(Mg,Fe)₃(AlSi₃O₁₀)(OH)₂
• Peso específico: 2,8 a 3,2

Nota: si observamos la fórmula química de la biotita y la comparamos con la de la moscovita, podemos notar la presencia de magnesio y hierro en la primera; este es el motivo por el cual la biotita tiene mayor densidad que la moscovita.

Grupo de los Feldespatos

Consisten en silicatos de aluminio con uno o dos de los iones potasio (K), calcio (Ca) o sodio (Na). Según sea el que esté presente de los tres metales mencionados, los feldespatos se han subdividido en dos grandes grupos:

1. Los feldespatos alcalinos (con presencia de Na y/o K).
2. Los feldespatos plagioclasas (con presencia de Ca y/o Na).

Es muy importante mencionar que el potasio (K) y el calcio (Ca) no se presentan juntos. En relación al subgrupo de las plagioclasas, la albita (NaAlSi₃O₈) representa el extremo alcalino de la serie, mientras que la anortita (CaAl₂Si₂O₈) representa el extremo cálcico. Nótese que a medida que se pasa del extremo alcalino al cálcico, el porcentaje de alúmina casi se duplica, mientras que el de sílice disminuye.

La plagioclasa del tipo cálcico está asociada a rocas ígneas completamente diferentes a aquellas donde predomina la plagioclasa de tipo alcalino. Por ejemplo, en un granito hay predominio del feldespato alcalino, mientras que en un gabro el predominio es del cálcico.

Plagioclasas

• Sistema de cristalización: triclínico
• Exfoliación: perfecta según un juego de planos, y buena según otro, los cuales se cortan formando ángulos de 86º.
• Peso específico: oscila entre 2,6 a 2,8.
• Color: el de la albita es blanco opaco, algo parecido al de la porcelana, también pueden ser grises. Las plagioclasas intermedias (andesina, labradorita), presentan un efecto iridiscente de varios colores.
• Dureza: 6

Feldespatos Alcalinos

A menudo se llaman feldespatos potásicos, cuando son ricos en K. Estos feldespatos están representados por una serie de soluciones sólidas entre Na y K. Así, la ortosa y la microclina son feldespatos potásicos comunes.

Mineral Ortosa:

• Sistema de cristalización: monoclínico
• Fórmula química: (K,Na)AlSi₃O₈
• Exfoliación: perfecta, según un juego de planos, y buena según otro juego perpendicular.
• Brillo: vítreo
• Color: tono incoloro y blanco, gris o color carne (algo gris rosado)
• Peso específico: 2,5 – 2,6

Mineral Microclina:

• Fórmula: (K,Na)AlSi₃O₈
• Sistema de cristalización: triclínico
• Color: entre blanco y amarillo pálido, pero puede ser rojo o verde
• Peso específico y dureza: similares a los de la ortosa

Cuarzo

De fórmula SiO₂, es uno de los minerales más habituales presente entre los tres grandes grupos de rocas. El cuarzo es un dióxido de sílice.

• Fórmula química: SiO₂
• Sistema de cristalización: hexagonal, es común presentarse en forma de prisma hexagonal, terminado en una pirámide hexagonal
• Fractura: concoidea
• Exfoliación: no presenta