• Author / Uploaded
• Boris Yeltsin Ramos Bautista

• Categories
• Minerales
• Cristal
• Cristalografía
• Mineralogía
• Rieles

Citation preview

Profesor: J. Moran C.

Hábitos y agregados cristalinos

Lupa  Sirven para ver las rocas con

mayor detalle.  Varios aumentos:  10x  14x

 20x

Exfoliación, Partición y Fractura  Exfoliación:  Tendencia que poseen ciertos minerales a romperse paralelamente a planos atómicos.

Exfoliación, Partición y Fractura  Partición  Cuando los minerales se rompen a lo largo de planos con debilidad estructural.

Exfoliación, Partición y Fractura  Fractura:  Cuando un mineral se rompe sin seguir las normas de la exfoliación o la partición se dice que experimenta una fractura.

Concoidal

Exfoliación, Partición y Fractura  Fractura:  Cuando un mineral se rompe sin seguir las normas de la exfoliación o la partición se dice que experimenta una fractura.

Fibrosa

Exfoliación, Partición y Fractura  Fractura:  Cuando un mineral se rompe sin seguir las normas de la exfoliación o la partición se dice que experimenta una fractura.

Ganchuda

Dureza (H)  Es la resistencia que ofrece

la superficie lisa de un mineral a ser rayada.

Rayador  Tiene una dureza conocida y permite reconocer

minerales.

Peso Específico  Es un número que expresa la relación entre su peso y el

peso de un volumen igual de agua a 4°C.

Color  Es la característica que primero se ve.

Huella o Raya  El color del polvo fino de

un mineral se conoce con el nombre de huella o raya.

Porcelana

 Permite observar el color de la raya de los minerales e

identificarlos.

Brillo  El aspecto general de la superficie de un mineral

cuando se refleja la luz se conoce con el nombre de brillo.

Metálico

No Metálico

Brillo Vítreo

Resinoso

Graso No Metálico

Propiedades Magnéticas  Tienen la capacidad de atraer metales como los

imánes.

Efervescencia  Algunos minerales (Carbonatos) al ser expuestos a HCl

efervesen.

Actividad  Utilice las herramientas y los minerales disponibles

para aplicar los conocimientos adquiridos y reconocer las distintas propiedades que los minerales presentan.

Cristal  Cuerpo sólido, homogéneo y anisótropo, limitado por

caras planas que determinan formas poliédricas. Caracterizado por un ordenamiento interno tridimensional periódico de sus átomos, iones y moléculas.

Elementos geométricos de un cristal  Al observar un cristal diferenciamos:  Caras: son los planos que determinan la forma y que constituyen la repetición indefinida de su estructura interna.  Aristas: intersección de dos caras.  Vértice: intersección de dos o más aristas. Caras: 8 Aristas: 5 Vértices: 5

Orden interno de los cristales  El orden interno

tridimensional de un cristal es la repetición de un motivo (celda) resultando que los alrededores de cada motivo sean idénticos.  En los cristales los motivos pueden ser moléculas (H2O), aniones (SiO4), iones (Ca2+) o combinaciones.

Morfología Cristalina  Ya que los cristales se

forman por la repetición de una unidad estructural en tres dimensiones, las superficies limitantes dependen en parte de la forma de la unidad.

Morfología Cristalina  También dependen del

medio externo en el cual se desarrolla el cristal:  Temperatura  Presión  Naturaleza de la

disolución  Probabilidad de un espacio abierto

Morfología Cristalina  También dependen del

medio externo en el cual se desarrolla el cristal:  Temperatura  Presión  Naturaleza de la

disolución  Probabilidad de un espacio abierto

Cristalización  Los cristales se forman a partir de:  Disoluciones  Fundidos  Vapores

ÁTOMOS DESORDENADOS

Cristalización  Se agrupan en forma ordenada cuando hay cambios en

la temperatura, presión o concentración.  Crecimiento de un cristal: Nucleación Los iones disueltos se juntan y forman el modelo estructural regular inicial de un sólido cristalino

Crecimiento de un Cristal

Para que un núcleo sobreviva debe crecer rápidamente

Hábito cristalino  Designa las formas generales de los cristales.  Varía con el medio ambiente y rara vez los cristales

muestran una forma geométrica ideal.

Hábito cristalino  Pero aún en cristales mal formados o defectuosos

existen indicios característicos de cada tipo de mineral.  Las caras de un cristal pueden tener diferentes tamaños y conformaciones debido a la mala formación del cristal, la semejanza es evidenciada por estrías naturales, corrosiones o crecimientos.

Intercrecimiento de Cristales Maclas  Una macla es un crecimiento conjunto simétrico de dos (o más)

cristales de la misma sustancia.  Existen 4 tipo:  Maclas de contacto  Maclas de penetración  Maclas polisintéticas  Maclas cíclicas

Intercrecimiento de Cristales

Intercrecimiento de Cristales

Mineralogía  Es el estudio de las

sustancias cristalinas que se encuentran en la naturaleza, es decir los minerales.

Mineral  Es un sólido homogéneo por naturaleza con una

composición química definida (pero generalmente no fija) y una disposición atómica ordenada. Normalmente se forma por un proceso inorgánico

Clasificación Mineral  Composición química  Anión o grupo aniónico  Estructura interna (silicatos)  Minerales nativos

 Sulfuros  Sulfosales  Óxidos

 Hidróxidos

 Haluros  Carbonatos

 Sulfatos  Fosfatos  Silicatos

Minerales Nativos  Pocos elementos se presentan en este estado  Estado puro

 Sin formar compuesto químicos  Formados por átomos de la misma clase Metales Oro Plata Cobre Hierro

No Metales Au Ag Cu Fe

Azufre Diamante Grafito

S C C

Nativos Metálicos Características  Poseen la mejor conductividad eléctrica y térmica

 Pulidos tienen un fuerte brillo metálico }  La mayor parte de ellos presentan un color blanco de estaño o de

plata y evidente es el color del cobre y del oro, el  Alto peso específico  Carecen de exfoliación, tienen fractura de ganchuda a irregular  Séctiles, dúctiles, maleables y de baja dureza.

Nativos Metálicos

Nativos No Metálicos Características  Son muy diferentes a los metales  Azufre se presenta comúnmente en

color amarillo verdoso y de brillo resinoso y bajo punto de fusibilidad.  Diamante posee un tipo de enlace químico covalente, se identifica por su gran dureza y tipo de brillo adamantino  Grafito se caracteriza por su baja dureza, marca el papel y por la presencia de exfoliación.

Usos de los minerales nativos  Acuñación de monedas, joyería y fines ornamentales  Instrumentos científicos y conductores eléctricos

 Emulsiones fotográficas y manufacturación de

aleaciones  Aplicaciones odontológicas

Usos de los minerales nativos  En la industria química para elaborar insecticidas,

fertilizantes y vulcanización del caucho, así como la obtención del H2SO4 y H2S  Abrasivos, pulimentadores y herramientas de corte  Lubricante, manufacturación de aleaciones, crisoles, electrodos y lápices para escribir

Sulfuros  Los sulfuros son considerados químicamente como los

compuestos del azufre con los metales.  Les corresponde un número considerable de minerales de importancia económica y constituyen de manera importante a muchos yacimientos de minerales metálicos. Zn, Pb, Cu, Ag, Ni, Co, Mo, Hg, As, Sb, Fe, Mn

Sulfuros Características  La gran mayoría son opacos,

presentan colores distintivos y su color de raya es muy característico.  La mayoría de los sulfuros presentan brillo metálico a submetálico, solo el cinabrio, oropimente y rejalgar tienen brillo no metálico.

Uso de los sulfuros  El principal uso y/o aplicación de los sulfuros es la

obtención de los metales que contienen, ya que la gran mayoría de ellos son menas principales de plata, cobre, plomo, zinc, mercurio, arsénico, antimonio y molibdeno.

Sulfosales  Existe una gran cantidad de minerales pertenecientes a

esta clase, mas sin embargo, en su composición química solo un reducido número de componentes participa; siendo las sulfosales de cobre, plata y plomo las más comunes en la naturaleza.

Sulfosales Características  Las propiedades físicas de

las sulfosales en comparación con los sulfuros poseen, en su gran mayoría, una dureza menor y son descompuestas con mayor facilidad por los ácidos.

Sulfosales  Los usos y las aplicaciones para estas especies

minerales de las sulfosales, son las mismas que para los sulfuros.

Óxidos  Los óxidos incluyen a todos los compuestos naturales

en donde el oxígeno está combinado con uno o más metales.  Estos han sido agrupados como:  óxidos simples 

Compuestos de un metal y un oxígeno

 óxidos múltiples 

Tienen dos o más elementos metálicos en combinación con el oxígeno.

Óxidos  Son relativamente duros y densos que se encuentran

como accesorios en las rocas ígneas y metamórficas y como detritos en los sedimentos.

Uso de los óxidos  De la totalidad de los óxidos en la corteza terrestre, la

sílice (SiO2) presenta mayor cantidad de éstos, enseguida se tienen a los óxidos de fierro, óxidos de manganeso, titanio, estaño, uranio y cromo que son considerados de gran importancia económica.

Hidróxidos  Es la combinación de los metales con el grupo oxidrilo

(OH)- que sustituye parcial o totalmente a los iones de oxígeno en los óxidos simples, o bien un elemento metálico de los óxidos múltiples es sustituido por hidrógeno.

Hidróxidos  La masa fundamental de los distintos hidróxidos se

encuentra en las capas superiores de la corteza terrestre en el límite con la atmósfera que contiene oxígeno libre.

Hidróxidos  La mayoría de los

hidróxidos se forman en la zona de oxidación de los yacimientos preexistentes y en general en la zona de meteorización.  Entre los hidróxidos existen varios minerales de importancia económica, consistiendo en menas principales de fierro, manganeso y aluminio.

Halogenuros  Son la combinación de los elementos halógenos (F,

Cl, Br, I) con los elementos metálicos principalmente.

Halogenuros  Dureza relativamente baja,

en estado sólido son malos conductores de la electricidad y del calor.  Generalmente los halogenuros son originados por precipitación química, siendo algunos otros por alteración, enriquecimiento supergénico y por hidrotermalismo.

Uso de los Halogenuros  El mayor uso de estos minerales es en la industria;

como fundentes, fertilizantes, preparación de vidrios y porcelanas, obtención de los ácidos correspondientes.  En la preparación electrolítica del aluminio  Son fuente secundaria de plata, cobre y aluminio.

Gracias

CAPITULO I INTRODUCCIÓN A LA CRISTALOGRAFÍA Y MINERALOGÍA

1.1 CONCEPTO DE CRISTALOGRAFÍA La Cristalografía es una ciencia que se ocupa del estudio de la materia cristalina, de las leyes que gobiernan su formación y de sus propiedades geométricas, químicas y físicas. Esta ciencia se clasifica en: • Cristalografía geométrica, • Cristalografía química o Cristaloquímica • Cristalografía física o Cristalofísica

según que estudie a la materia cristalina desde un punto de vista geométrico, químico o físico. • En la Cristalografía geométrica se estudia: la morfología externa de los cristales y su simetría, o la geometría y simetría de las redes. • Cuando se trata a la materia cristalina desde un punto de vista macroscópico hay que considerarla como:  Un medio homogéneo y continuo, anisótropo y simétrico.  Cuando se estudia la simetría interna hay que considerar a la materia cristalina como: Un medio homogéneo y discreto, además de anisótropo y simétrico.

• En la Cristaloquímica se estudia la disposición de los átomos en la materia cristalina; es decir, su estructura.  En este caso hay que introducir el concepto de cristal real, ya que hay que considerar sus imperfecciones, al contrario de como se consideraba en la Cristalografía geométrica.  En la Cristalofísica se estudian las propiedades físicas de los cristales, intentando relacionarlas con la composición química y la estructura.  Propiedades importantes a considerar en esta parte son las que derivan de la interacción de la radiación X con la materia, ya que ellas permiten conocer la disposición de los átomos en la estructura, identificar fases cristalinas, etc.

1.2 CONCEPTO DE MINERALOGÍA La Mineralogía es la ciencia de los minerales y como tal estudia, en estrecha relación mutua, su composición química, estructura cristalina, propiedades físicas y condiciones de su génesis, así como su importancia práctica. La Mineralogía puede dividirse en: • Mineralogía química Se encarga del estudio de las propiedades químicas de los minerales. • Mineralogía física Estudia las propiedades físicas de los minerales como las propiedades mecánicas, ópticas, eléctricas, magnéticas, etc.

• Mineralogía determinativa Se ocupa de describir las distintas técnicas de identificación y determinación de minerales. • Mineralogía descriptiva Se describen las propiedades cristalográficas, químicas y físicas, así como las asociaciones y yacimientos de los minerales. • Mineralogénesis Se ocupa del estudio de la génesis de los minerales y permite obtener datos de sumo interés para la prospección y valoración de los yacimientos minerales. • Mineralogía aplicada Se ocupa de describir las aplicaciones de los minerales en la industria, prospección y exploración, etc.

1.3 ANTECEDENTES HISTÓRICOS La Mineralogía nació como una ciencia eminentemente aplicada, dedicada al aprovechamiento de los yacimientos minerales útiles al hombre. Junto al estudio de su utilidad, se desarrolló, desde los primeros tiempos, el aspecto descriptivo de los nuevos minerales que se descubrían. De esta manera es como se presentan las primeras obras que tratan de los minerales. Entre ellas se pueden citar los textos de Aristóteles (Libro de las piedras, año 315 antes de J.C.), de Teofrasto (Naturalis historia, año 77 antes de J.C.), de Avicena (Tratado de las piedras, en el que se esboza una clasificación de los minerales) o de Alberto Magno (De Mineralibus et rebus metallius, año 1262).

Las determinaciones clásicas se basan en las propiedades físicas más manifiestas y observables sin necesidad de aparatos complicados; sin embargo, la utilización del microscopio de polarización permitió un gran avance en la técnica de determinación de los minerales. La determinación de la composición química es muy importante en todos los estudios de Mineralogía, pero por sí sola es insuficiente para identificar los distintos minerales, ya que en muchos de ellos ciertos cationes son intercambiables (micas, cloritas, zeolitas, granates, etc.) o minerales distintos corresponden a compuestos de composición química idéntica (diamante y grafito, calcita y aragonito, etc.).

El nacimiento de la Cristalografía como ciencia se considera en el momento en que Stensen presenta la constancia de los ángulos diedros de las caras de los cristales de cuarzo, aunque fuera Rome de l'Isle el que generalizara posteriormente sus descubrimientos.

El descubrimiento de los elementos y las posibilidades de los análisis químicos dieron pie a una de las grandes controversias en el mundo de la Cristalografía: la que afectó al polimorfismo del carbonato cálcico. Otro problema fue el del isomorfismo. La configuración de los procesos que explicase estos fenómenos ha sido de gran importancia en la Cristalografía y Mineralogía.

1.4 ESTADO CRISTALINO Es el estado de equilibrio termodinámico de un sólido que bajo unas condiciones termodinámicas (P y T) y con una composición determinada le corresponde una determinada estructura cristalina.

1.5 PROPIEDADES DE LOS SÓLIDOS EN ESTADO CRISTALINO La principal propiedad es la : • Periodicidad De la que se derivan otras características macroscópicas que son la: homogeneidad, anisotropía y simetría. • Homogeneidad Desde el punto de vista macroscópico, significa invariabilidad de una propiedad F medida en un punto x, en relación a su medida en otro punto x + x', es decir: F(x) = F(x + x')

Ecuación 1 De la condición de homogeneidad se obtiene, a nivel macroscópico, la constancia de la composición química y estado de fase a través de todo el volumen de la sustancia en estado cristalino. El concepto de homogeneidad hace que se pueda considerar a una sustancia en estado cristalino como un continuo. Este concepto es muy importante en Cristalografía ya que se pueden dar descripciones fenomenológicas de muchas propiedades físicas de los cristales sin hacer referencia a su estructura atómica discreta. Cuando se consideran las propiedades físicas de los cristales a nivel macroscópico, se trata con distancias considerablemente mayores que el espaciado interplanar y con volúmenes que exceden con mucho el de la celda unidad.

• Anisotropía Existen ciertas propiedades de los cristales que son independientes de la dirección en la que se miden; se dice que son propiedades escalares, como el peso específico, la capacidad calorífica, etc. Existen otras propiedades que dependen de la dirección en la que se miden; de algunas se dice que son propiedades vectoriales y de otras, tensoriales, como la conductividad térmica, la constante dieléctrica, el índice de refracción, etc. Si la descripción de una propiedad es independiente de cualquier orientación, se dice que la sustancia es isótropa respecto a esa propiedad. Si una propiedad es dependiente de la orientación, se dice que la sustancia es anisótropa para dicha propiedad

En cualquier caso, una sustancia en estado cristalino siempre será anisótropa para alguna propiedad, como puede ser la diferente disposición de los átomos a lo largo de distintas direcciones (anisotropía estructural).

• Simetría Es la propiedad que hace que un objeto no se distinga de su posición original después de haberle aplicado una transformación. Teniendo en cuenta estas características, a nivel macroscópico, podemos definir a una sustancia en estado cristalino como un medio homogéneo continuo, anisótropo y simétrico. Sin embargo, como se verá más adelante, una sustancia en estado cristalino no es un ente estático, ya que los átomos vibran y lo hacen en mayor grado cuando aumenta la temperatura. Esto afecta a sus propiedades físicas. Muestra defectos y variaciones locales de su composición y también una desviación de la estructura respecto de la ideal.

Estas imperfecciones no se consideran cuando se trata al medio cristalino desde un punto de vista macroscópico. Habrá sustancias cuyas propiedades sean poco sensibles a defectos estructurales y puedan ser descritos utilizando un modelo de cristal ideal; en otras habrá que considerar su estructura real, ya que presentarán propiedades que dependerán en mayor o menor extensión de los defectos estructurales.

1.6 CRISTAL Se define como un sólido en estado cristalino que bajo determinadas condiciones de formación aparece con la forma de un poliedro, es decir, limitado por caras cristalinas.

Ejemplos: En la Figura 1.1 se puede apreciar un cristal de granate presentando caras (superficies planas limitando el cristal) en forma de rombo.

1.7 MONOCRISTAL Se define como cristal único. Ejemplo: cada uno de los cristales de granate de almandino (Fe4Al2(SiO4)3) de la imagen inferior constituye un monocristal porque esta constituido por un único cristal.

1.8 AGREGADO CRISTALINO Se define como un grupo de cristalitos (cristales de tamaño pequeño) que crecen juntos. Pueden aparecer con diversas formas. Ejemplos de agregados: En la Figura 1.2 (izquierda) puede apreciarse un agregado radial de cristales de wavellita, en la del centro un agregado botroidal y en la figura de la derecha una geoda de cuarzo amatista.

1.9 ESTRUCTURA CRISTALINA • Es la disposición periódica y ordenada en el espacio de tres dimensiones de los constituyentes atómicos de un sólido en estado cristalino. Ejemplo: El cristal de halita (Figura 1.3 derecha) está constituido por iones cloro e iones sodio dispuestos en el espacio (Figura 1.3 izquierda).

1.10 CONCEPTO DE MINERAL • En la actualidad, minerales son los componentes de las rocas y menas que se distinguen por su composición química y propiedades físicas. • Desde el punto de vista genético, los minerales son combinaciones químicas naturales, es decir, productos naturales resultantes de los distintos procesos físico-químicos que actúan en la corteza terrestre La mayoría de estos productos se hallan en forma de minerales en:

 Estado sólido  Dotados de determinadas propiedades químicas y físicas  En estrecha relación mutua con la estructura cristalina de la

sustancia que los constituye.  Estables en determinados rangos de presión y de temperatura. La mayoría de los minerales se encuentran en estado cristalino

Gracias

CAPITULO II PROPIEDADES FISICAS MORFOLOGÍA DE LOS CRISTALES (Forma)

Hábito cristalino Se llama hábito cristalino el tipo de facetas dominantes en el facetado del cristal. Esta característica se suele estimar visualmente, destacando los tipos de facetas que tienen áreas más amplias, por ejemplo, hábito cubooctaédrico, hábito dipiramidal, etc.

Berilo de hábito prismático. Siberia, Rusia. Foto J.M.Sanchís Calvete

.

Superficie de los cristales • Las caras de los cristales casi nunca son perfectas.

Escalones y polígonos de crecimiento, superficies de inducción, figuras de disolución son algunos de los defectos superficiales más habituales. Estos defectos pueden aparecer tanto durante el crecimiento del cristal, como durante su alteración posterior.

Figuras de disolución en las caras de esmeralda de Kazakjstan. Foto E.V.Gavrilenko



Anatomía del cristal Algunos cristales presentan una variación de morfología y de composición en el volumen del cristal, debida a los cambios en las condiciones de formación del cristal a lo largo de su crecimiento (zonado), o bien al comportamiento diferente de distintas caras cristalinas respecto al atrapamiento de impurezas químicas (coloración sectorial de cristales) o inclusiones (esmeraldas trapiche).

Un cristal cortado de berilo zonal con el núcleo y la zona exterior de esmeralda y berilo incoloro en el centro. Los Urales, Rusia. Foto E.V.Gavrilenko.



Agregados cristalinos

Existen numerosas denominaciones para describir los agregados cristalinos de minerales. No puede establecerse una lista sistemática ni una definición estricta para cada uno de los términos.  Como términos más frecuentes podemos citar:  Acicular: cristales delgados parecidos a agujas

Azurita: Cu2+3(CO3)2(OH)2 - 5 cm

Arborescente:

de aspecto similar a un árbol

Plata: Ag, sobre calcita

Filiforme:

parecidos a cabellos o hebras

Jamesonita: Pb4FeSb6S14 - 5x5x4 cm

Dendrítico:

en ramas divergentes similares a

plantas

Pirolusita: Mn4+O2

Reticulado:

cristales delgados entrelazados

simulando redes

Rutilo: TiO2 - 7x6 cm

Radiante:

cristales dispuestos de manera radial a partir de un centro

Prehnita: Ca2Al2Si3O10·(OH)2 - 11x10x7 cm

Columnar:

En forma de columna.

Aragonito: CaCO3

Fibroso: En forma de pequeñas fibras paralelas, fácilmente separables entre sí

Grunerita

Estrellado:

Cristales en formas concéntricas

simulando estrellas

Mesolita: Na2Ca2Al6Si9O30.8H2O - 11x9x9 cm

Globular:

Individuos de forma esférica

Esferocobaltita: CoCO3 - con cuarzo hialino

Botrioidal:

Formas globulares agrupadas en

racimos

Apatito: Ca5(PO4)3(F,Cl,OH) - 5 cm

Reniforme:

minerales radiales terminados en

formas arriñonadas

Goethita: Fe3+O(OH)

Mamilar:

Grandes formas redondeadas a modo de

mamas

Smithsonita: ZnCO3 - 7x4 cm

Coraloide:

En formas puntiagudas ramificadas

que recuerdan al coral

Aragonito: CaCO3

Exfoliable:

mineral que se separa facilmente en capas. Cuando esas capas son hojosas muy finas se dice micáceo

Biotita: K(Mg,Fe2+)(Al,Fe3+)Si3O10(OH,F)2

Tabular:

Individuos planos a modo de tablas

Vanadinita: Pb5(VO4)Cl

Masivo:

Agregados minerales compactos y sin forma

particular

Bismuto: Bi - 7x6x3 cm

Discoidal:

En forma de discos superpuestos

Yeso: CaSO4·2H2O - "Rosa del desierto", 17x8x8 cm

Hojoso:

Cristales alargados planos a modo de hojas

de cuchillo

Crocoita: PbCrO4

Estalactítico:

En forma de conos o cilindros colgantes a modo de estalactitas

Goethita: Fe3+O(OH) - 15x10 cm

Concrecionado:

Masas de mineral depositadas sobre un núcleo, en ocasiones de formas esféricas

Malaquita: Cu2+2(CO3)(OH)2

Plumoso:

Formado por escamas finas superpuestas con estructuras parecidas a plumas

Limonita:

Oolítico:

Agregados esféricos a modo de huevas

de pescado

Calcita: CaCO3

Drusa:

Superficie cubierta por una capa de pequeños

cristales

Fluorita: CaF2 - cristales de 1 a 5 cm

EXFOLIACIÓN, PARTICIÓN Y FRACTURA  Cuando un mineral es sometido a una fuerza

externa se produce un proceso tensional que induce a una deformación del cristal. La resitencia y el tipo de deformación resultante están relacionados con los mecanismos de enlace interatómicos y por la presencia o no de defectos estructurales. Una vez que la deformación sobrepase cierto valor, excediendo su resistencia, el mineral se rompe.

 Exfoliación  Ciertos minerales tienden a romper según planos paralelos a

direcciones muy concretas que corresponden a planos atómicos con densidad mínima de enlaces. Estos planos se definen mediante índices de Miller de igual manera que se hace con las caras externas de un cristal. Así por ejemplo las micas tienen tendencia a romper según planos basales {0001}. Esta propiedad se denomina exfoliación.  Al describir la exfoliación se debe precisar:  La calidad de la misma mediante términos tales como perfecta, buena, regular, mala, etc.  La dirección expresada por el nombre o dirección a la que es paralela la exfoliación, por ejemplo cúbica {001} propia de la galena, octaédrica {111} en el caso del diamante o de la fluorita, romboédrica {1011}, prismática {110} o basal o pinacoidal {0001} caso de las micas o del grafito.

Galena: PbS - 10 cm Diamante: C - 1.01 quilates

Fluorita: CaF2 - 40x20 cm

La exfoliación de un mineral concuerda con su simetría, así si se desarrolla una dirección octaédrica necesariamente deberan existir otras tres direcciones semejantes. No todos los minerales presentan exfoliación ni en el mismo grado, así mientras que es muy marcada en el caso de la exfoliación basal de las micas, puede estar menos marcado como en el caso del berilo o no existir como con el cuarzo

Grafito: C - 12x9x4 cm

 Partición  Cuando un mineral rompe a lo largo de planos con debilidad

estructural, debidos a la presencia de maclas, tensiones anteriores acumuladas o procesos de desmezcla se dice que ha sufrido una partición. No es pues una propiedad intrínseca del mineral, como en el caso de la exfoliación, sino que depende de la historia" del ejemplar. No obstante en cada mineral solo existiran ciertos planos suceptibles de generar partición tales como la partición octaédrica de la magnetita, la básica del piroxeno o la rómboédrica del corindón

Corindón: Al2O3 - variedad Rubí

 Fractura

 Cuando un mineral rompe sin seguir ninguna de las pautas antes expuestas se dice que se fractura.  Estas facturas en función de la forma y aspecto de las superficies generadas pueden

denominarse:

 Concoidal: Si los planos de fractura presentan

superficies lisas y suaves, pero con bordes agudos y cortantes, siendo un caso típico el cuarzo y su variedad el sílex.

Cuarzo:SiO2 - 4x3 cm

Astillosa o fibrosa

Anhidrita: CaSO4 - 6x3.5 cm

Ganchuda el mineral rompe según una superficie dentada, con filos puntiagudos

Plata: Ag - 3x3 cm

DUREZA Y TENACIDAD Definición de dureza  Se denomina dureza a la resistencia a ser rayado que ofrece la superficie lisa de un mineral, y refleja, de alguna manera, su resistencia a la abrasión. Mediante el estudio de la dureza de un mineral se evalúa, en parte, la estructura atómica del mismo pués es la expresión de su enlace más débil.  La dureza es una forma de evaluación de la reacción de una estructura cristalina a una tensión sin rotura. En los cristales con enlaces metálicos, que pueden fluir plásticamente, el rayado da lugar a una ranura o surco. Por el contrario, en materiales frágiles el rayado es la manifestación de una microfractura.

Escala de Mohs  El grado de dureza se mide en mineralogía por comparación, determinándose la facilidad o dificultad en que un mineral es rayado por otro. Un mineral blando siempre es rayado por cualquier mineral más duro y nunca al revés.  Numéricamente esta dureza relativa, designada por H, se establece gracias a la escala de diez minerales corrientes definida por F. Mohs en 1824.

 1 1 Talco: Mg3Si4O10(OH)2 - 25x8 cm 3 Calcita: CaCO3 - 10 cm

2 Yeso: CaSO4·2H2O - 15 cm

4 Fluorita: CaF2 - 5 cm

5 Apatito: Ca5(PO4)3(F,Cl,OH) - 7x3 cm

7 Cuarzo: Si O2

6 Ortoclasa: KAlSi3O8 - 15 cm

8 Topacio: Al O4(OH,F)2

9 Corindón: Al2O3

Diamante: C - 1.01 quilates

 Esta escala no es en modo alguno proporcional, en efecto, la diferencia

entre la dureza del diamante (10 en la escala) y el corindón (9 en la escala) es mucho mayor que la existente entre el corindón y el talco (1 en la escala).  En otras escalas, los valores cuantitativos permiten apreciar mejor estas

diferencias, y están basadas en resultados sobre profundidad de penetración de una punta de diamante al mineral (Berkovich, Knoop, Wilks), evaluación del pulido de las facetas (Denning, Winchell, Wilks), abrasión con arena (Eppler) u otros (Rosiwal). Si se consideran estos valores de la dureza, llamada dureza absoluta, puede observarse esta no linealidad entre los elementos de la escala de Mohs:

 Algunos productos artificiales han logrado alcanzar valores un poco más altos que el corindón (carburo de silicio, carburo de boro, carburo de wolframio).  La dureza de un mineral es una propiedad vectorial,

pudiendo presentar un mismo mineral diversos valores dependiendo de la dirección según la cual se les raye. Por lo general, esa diferencia es muy ligera, pero en el caso de la cianita H = 5 paralelamente a su alargamiento y H = 7 normalmente a este. La calcita tiene una H = 3 en todas sus direcciones excepto según {0001} en la que vale H = 2.

Test de dureza  El test de dureza de Mohs consiste simplemente en encontrar cual es el último mineral de la escala que puede ser rayado por el ejemplar a medir y cual es el primero que no puede serlo.  Este test requiere tomar una serie de precauciones:  Tomar caras frescas pues la alteración provoca una disminución de la dureza de un mineral.  No confundir la raya con la huella que dejan los minerales más blandos. Mientras la huella puede ser limpiada, la raya es irreversible.  Tener en cuenta la naturaleza de un mineral pues los minerales pulverulentos, granulares o astillosos pueden romperse y quedar aparentemente rayados por minerales realmente más blandos.

Test de dureza  Cuando se encuentra un mineral en el campo, rara vez se

    

dispone de 10 minerales para efectuar el test de dureza. Por el contrario, puede obtenerse un aproximación bastante buena usando simplemente: La uña del dedo (H = 2.5). Una moneda de cobre (H = 3). Una punta de acero, por ejemplo una punta de cuchillo, un clavo etc. (H = 5). Un fragmento de vidrio (H = 5.5). Empleando estos objetos comunes se consigue una buena orden de magnitud de dicha dureza.

Tenacidad  Se denomina tenacidad a la resistencia que opone un mineral a ser partido, molido, doblado o desgarrado, siendo, en cierto modo, una medida de su cohesión.  Un mineral frágil es aquél que se rompe o reduce a polvo fácilmente, siendo una propiedad característica de minerales con enlaces iónicos dominantes.

Berilo:Be3Al2(Si6O18)

 Se dirá de un mineral que es maleable

cuando puede ser conformado en hojas delgadas por percusión

Cobre: Cu - 7x7 cm cristal de 2 cm

 Un mineral séctil puede cortarse fácilmente en virutas

delgadas con un cuchillo.  Si un mineral puede estirarse fácilmente hasta formar un hilo se dice dúctil. Ductilidad, sectilidad y maleabilidad son propiedades características de minerales con enlaces metálicos pues dicho enlace transmite a la materia la capacidad de convertir toda tensión aplicada en deformación plástica.  Cuando un mineral puede ser doblado y pero no tiene la capacidad de recuperar su forma original, manteniendo la deformación de forma permanente, se denomina flexible. Los minerales en los que existan fuerzas de enlace de tipo Van der Waals o de hidrógeno tales como el talco o las cloritas lo son.  Por en contrario cuando un mineral recupera su forma original tras ser deformado se dice elástico. Las micas con enlaces iónicos son típicamente elásticos.

PESO ESPECÍFICO Definición  Se denomina peso específico de un mineral al cociente entre su peso y el peso de un volumen equivalente de agua a 4ºC (condiciones de máxima densidad del agua), siendo un valor adimensional. Por el contrario, la densidad relativa es un valor equivalente correspondiente a la masa por unidad de volumen y viene expresado en unidades tales como g/cm3.  El peso específico es una propiedad intrínseca y constante para un mineral de composición química determinada y depende basicamente de dos factores:  De los átomos que constituyen el mineral.  Del tipo de empaquetamiento de los átomos.

PESO ESPECÍFICO Definición  En los elementos isoestructurales, con idéntico tipo de empaquetamiento, los elementos de mayor peso atómico tienen mayor densidad relativa. En una serie de soluciones sólidas existe un cambio continuo de densidad relativa . Así, en el caso de la serie de las wolframitas, los términos extremos ferberita (MnWO4) y hubnerita (FeWO4) tienen por valores respectivamente: 7.51 y 7.18.  El caso contrario lo constituyen los compuestos polimorfos, de misma composición pero diferente tipo de empaquetamiento. Así, en el caso del carbono, pasamos de valores de 3.515 para el diamante a solo 2.23 para el grafito pese a tener idéntica fórmula

Medidas del peso específico Los métodos de medida del peso específico se basan en el principio de Arquímedes y consisten en medir el peso en aire del mineral P y posteriormente el peso de dicho mineral sumergido en agua P(agua). A continuación se presenta un esquema de una balanza hidrostática clásica.

 La utilización de líquidos más densos y con menor fuerza de tensión superficial para esta medida permite realizar la determinación del peso específico de minerales con más precisión. En este caso en la fórmula anterior hay que introducir el valor de la densidad del líquido usado.  las muestras a estudiar deberán ser homogéneas y puras, compactas y sin microgrietas o microcavidades que pudiesen contener fluidos o

gases que reduzcan el peso específico a medir. Normalmente se requiere un volumen cercano a 1 cm3 de muestra. A partir de dicho principio se emplean diversos procedimientos de medida:

 La balanza de Jolly en los que se miden los pesos en

función del alargamiento de un muelle helicoidal.  La balanza de Penfield, donde el peso específico se determina por la posición de pesas en el brazo derecho graduado.

 La balanza de Berman, de tipo torsión, se emplea para

pequeñas partículas de menos de 25 mg. Si bien las medidas son muy precisas requiere una corrección por efecto de la temperatura.  El Picnómetro empleado en los casos en los que no se disponga de suficiente cantidad de muestra para emplear los métodos anteriores. Consiste, básicamente, en una botella de vidrio con un tapón de ese mismo material esmerilado y atravesado por un fino orificio capilar. Se pesa inicialmente el picnómetro vacío con su tapón (P), se introduce entonces el mineral a medir y se vuelve a pesar (M). Tras rellenar completamente el recipiente con agua destilada se mide de nuevo (S) y por fin se vacía el picnómetro y se rellena unicamente con agua destilada obteniéndose el peso W.  El peso específico vendrá dado por: Peso específico = (M P) / W + (M - P) - S

 El método de juego de liquidos densos permite por flotación selectiva determinar, aproximadamente, el peso específico de un mineral. Partiendo de un líquido de densidad relativamente alta, bromoformo (2.89) o yoduro de metileno (3.33), y disolviendo los mismos se puede conseguir un conjunto de disoluciones patrón, en los que el mineral flotará cuando su peso específico sea menor al del líquido y se hundirá cuando sea mayor. Este

método se emplea también para separar especies minerales con diferentes densidades relativas.



A base de soluciónes de líquidos densos se puede obtener igualmente las medidas de peso específico de gran presición. Para eso hay que partir del líquido con el peso específico alto, donde el grano de mineral estará flotando. Luego se añade el diluyente a gotas, hasta obtener una solución del mismo peso específico que el mineral. En este momento el grano del último quedará en suspensión, sin hundirse ni flotar. Para medir el peso específico del líquido obtenido se puede utilizar una balanza hidrostática con un patrón de peso específico conocido



Existe también una balanza especial, basada en el mismo método, donde la medida del peso específico del líquido viene directamente de la posición de las pesas en el brazo de la balanza (balanza Westfal)

INDICE DE REFRACCIÓN. BIRREFRINGENCIA  El comportamiento de la luz al introducirse en un cristal está controlado fundamentalmente por la estructura cristalina. En este sentido la propiedad más importante de un cristal es el índice de refracción (n), que se define como la relación entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en esa sustancia: n = Vv / V  Se asume que el índice de refracción de la luz en el aire es esencialmente el mismo que en el vacio, = 1. Como en general, la luz cambia de velocidad al atravesar diferentes medios, es precisamente el inverso de esta velocidad lo que constituye el índice de refracción (n = 1/v) característico de cada sustancia.

INDICE DE REFRACCIÓN. BIRREFRINGENCIA  La luz disminuye su velocidad cuando entra en una sustancia, así el índice de refracción será siempre mayor que 1. La mayor parte de los cristales minerales tienen índices de refracción entre 1,32 y 2,40.  La relación entre las trayectorias del rayo incidente y del rayo refractado fueron determinadas por la Ley de Snell (1621):

ni . sen i = nr . sen r

 Siendo ni y nr los índices de refracción de cada medio y sen i y sen r los

senos de los ángulos de incidencia y de refracción con la normal.  Así, la trayectoria de la luz durante este proceso de refracción originado

al cambiar de medio (ej. aire/cristal) queda determinado por la Ley de Snell, con ni = 1 (aire):  nr = sen i / sen r  Sin embargo, el índice de refracción de un cristal no es necesariamente el

mismo en todas las direcciones. La simetría interna de un cristal es un reflejo de la orientación de los átomos y ésto determinará la interactuación de la luz con el cristal. Así, se reconocen dos tipos básicos de comportamiento óptico: ISÓTROPO - igual índice de refracción en todas las direcciones. En esta categoría se encuentran los materiales vítreos y los cristales isométricos (granate, fluorita). ANISÓTROPO - diferente índice de refracción en diferentes direcciones cristalográficas. Los cristales de todos los demás sistemas pertenecen a esta categoría. Los cristales anisótropos son divisibles en dos tipos:

 Uniáxico - tienen dos índices de refracción (sistema tetragonal y hexagonal)

Biáxico - caracterizado por tres índices de refracción (triclínico, monoclínico y ortorrómbico) En los cristales anisótropos la luz se descompone en dos rayos de vibración perpendicular y de velocidades diferentes debido a las diferencias en los índices de refracción, que se denominan N (rayo lento) y n (rayo rápido). La diferencia entre los índices de refracción extremos (N-n) se denomina BIRREFRINGENCIA. Es una propiedad característica de cada cristal.



El estudio de las propiedades ópticas determinadas por esta birrefringencia, así como de toodas las características del cristal observadas al microscopio óptico de polarización las tiene en microscopía óptica de polarización

DISPERSIÓN 

La refracción de un rayo de luz no es igual para la luz distintos rangos del espectro visible. Así, el mismo material proporciona los valores de índices de refracción distintos para la luz monocromática de distintas longitudes de onda, siendo siempre los índices más bajos para la luz de longitud de onda más alta.



Refracción de la luz a su paso por un prisma de vidrio. Dependiendo de la longitud de onda (color) del haz que incide desde la izquierda, el ángulo de refracción varía, es decir, se dispersa

Por ejemplo, para el diamante, los índices de refracción determinados para las distintas longitudes de onda se presentan en la tabla siguiente: Longitud de Color de luz onda

Índice de refracción

686,7 nm

roja

2,4074

656,3 nm

naranja

2,4103

589,3 nm

amarilla

2,4168

527,0 nm

verde

2,4269

486,1 nm

azul

2,4349

430,8 nm

violeta

2,4512

COLOR 

El color es, probablemente, una de las características más espectaculares y atractivas de los minerales, confiriendo una indiscutible belleza a los cristales, muy especialmente en el caso de algunas gemas. Sin pecar de exageración puede decirse que los minerales, en su conjunto, abarcan todo el espectro de colores del visible, con todos los matices que pueda uno imaginar.

 Incluso, un único mineral puede presentar, en ocasiones, una enorme

variedad de colores como en el caso de la fluorita con tonalidades azules, amarillas, verdes, moradas, naranjas o rosas.

 Los minerales están coloreados porque absorben ciertas longitudes de

onda de la luz que incide sobre ellos y reflejan el resto, siendo el color la combinación de aquellas longitudes de onda que inciden en el ojo.  Pueden considerarse hasta seis causas específicas que justifican el color

de un mineral:

 La coloración idiocromática esta producida por la presencia de iones

metálicos de elementos de la serie de transición, en los cuales los orbitales 3d no están completos. Dichos iones provocan en los cristales que los albergan un desdoblamiento del campo cristalino y la energía absorbida corresponderá en cada caso a la diferencia de energía causada en los orbitales 3d por dicho desdoblamiento. Así por ejemplo en el caso del olivino la absorción tiene lugar dentro del campo del infrarrojo con una ligera extensión dentro del campo del visible en el rojo, por lo que la luz reflejada, descontada el componente rojo del espectro, será amarillo - verdosa.

Ejemplos de olivinos con su característico color verdoso

 Existen hasta doce iones metálicos responsables de la

coloración de los minerales: el titanio en su forma Ti2+, el vanadio como V3+ o V4+, el cromo Cr3+ y Cr4+, el manganeso Mn2+ y Mn3+, el hierro Fe2+ y Fe3+, el cobalto Co2+ , el niquel Ni2+ y el cobre Cu2+.  En los minerales idiocromáticos estos iones figuran en cantidades tales que forman parte de la fórmula química del mineral con lo que la coloración resultante es propia y característica del mismo. Como ejemplos de minerales idiocromáticos, además del olivino pueden citarse la malaquita de color verde, la azurita de color azul etc.

 La coloración alocromática es producida por los iones

anteriormente citados cuando figuran como trazas en los minerales. Se trata de impurezas que confieren determinados colores a minerales generalmente incoloros. Así en el caso del berilo la presencia de Cr3+ provoca la intensa coloración verde de la variedad esmeralda. La presencia de iones Fe2+explican, en parte, los tonos azules de la aguamarina. Ciertas variedades de esmeraldas procedentes de Brasil deben su color verde a la presencia de V3+.

 

Tres variedades del berilo: incoloro, esmeralda y aguamarina. Otro ejemplo de coloración alocromática es la kuncita variedad rosacea - lila de la espodumena debida a la presencia de Mn2+.

Kuncita 

Se denominan centros de color a un conjunto de defectos en la estructura de los cristales debidos a irradiaciones naturales o artificiales. Estos defectos pueden ser iones en exceso (intersticiales) o agujeros debidos a la falta de algun electrón. En el caso de la Fluorita (CaF2) la coloración púrpura se debe a un centro de color producido por la ausencia de un ión F-. Su posición es ocupada por un electrón libre para mantener el balance de cargas. Este electrón puede ocupar diversos estados excitados que son los responsables de la coloración y de la fluorescencia característica de este mineral.

 El color ahumado de ciertos cuarzos se debe a un centro de color de tipo

agujero, en donde algunos Al3+ sustituyen al Si4+ apareciendo iones Na+ o H+ intersticiales a fin de mantener la neutralidad eléctrica. Sometido a radiación estos cuarzos algunos oxígenos adyacentes al Al3+ pierden un electrón (el ausente) dejando un electrón desparejado. Este electrón posee diversos estados excitados responsables del color.

Ejemplares de cuarzos ahumados.



Existe otro tipo de coloración de los minerales relacionada con los fenómenos de transferencia de cargas. Un electrón (carga negativa) puede ser compartido pasado de un átomo a otro formándose orbitales híbridos. Existen tres formas de transferencia de carga:



Transferencia de carga oxígeno - ión metálico



Transferencia de carga de intervalencia o sea ión metálico - oxígeno - ión metálico.



Transferencia de carga de deslocalización en el caso de no existir iones metálicos.



En el caso de la aguamarina su característico color azul es debido tanto a la presencia de Fe2+ en forma de impurezas como a fenómenos de transferencia de cargas de intervalencia Fe2+ - O - Fe2+.

Ejemplos de aguamarinas



En el caso de los metales la teoría de las bandas de valencia explica la coloración de los mismos. En esta caso es la estructura del cristal en su conjunto la responsable del color. Los electrones del cristal metálico o semimetálico aparecen deslocalizados en el interior del cristal produciendo una interacción con la luz visible (fotones) responsable del color. Este color no es posible provocarlo ni mejorarlo con procedimientos artificiales contrariamente al caso de las imprurezas o defectos

Tres característicos minerales metálicos con colores debidos a fenómenos de banda de valencia: oro, plata y cobre.



En algunos casos el color de un mineral puede deberse a fenómenos ópticos tales como la dispersión, difusión interferencia o difracción de la luz denominándose entonces coloración pseudocromática. Este tipo de coloración se explica por la intercción de la luz con ciertas características físicas del cristal tales como inclusiones, texturas particulares o estructuras particulares. Uno de los casos más llamativos es el del ópalo noble con sus espectaculares efectos de irisación. Son debidos a la difracción de la luz a traves de su estructura formada por un apilamiento compacto, más o menos regular de minúsculas esferas de silicio.

Dos ejemplos de ópalos nobles y sus juegos de colores



El ópalo es una de las raras gemas que puede presentar todos los colores del espectro visible en una única y misma piedra. El color de cada parcela del ópalo dependerá de la orientación de la fuente de luz incidente. Al moverse la piedra el color cambia es lo que le confiere "vida" al ópalo. Además, el color dependerá igualmente del grosor de las esferas que lo componen y del espaciado de las diferentes capas paralelas en las que están regularmente dispuestas

BRILLO  





Se denomina brillo al aspecto de la superficie de un mineral cuando se refleja en ella la luz. Se suele distinguir los minerales con brillo metálico de aquellos con brillo no metálico, si bien una clara separación entre ambos grupos es algo ambigua, al punto de considerarse en ocasiones un grupo de minerales con brillo submetálico. El brillo metálico es propio de aquellos minerales con enlace metálico puro o predominante, siendo totalmente opacos a la luz. En ellos los huecos entre los estados fundamentales y excitados son bastante menores que en el caso de las estructuras covalentes e iónicas. Sin embargo existen numerosos estados excitados con energías disponibles dentro del intervalo completo de la luz visible, permitiendo la absorción de la luz incidente y la posterior emisión de dicha luz en forma visible. Por ello los materiales con brillo metálico reflejan totalmente la luz visible. Los metales nativos y la mayor parte de los sulfuros pertenecen a este grupo.



Los minerales con brillo no metálico son, por lo general, de colores claros y transmiten la luz, por lo menos, en secciones delgadas. Se emplean diversos calificativos para describir los tipos de brillos no metálicos entre ellos:  Vítreo: Parecido al brillo del vidrio. Lo presentan minerales tales como el cuarzo o las turmalinas.  Resinoso: De aspecto similar a la de la resina. Ejemplos de ello son la blenda o el azuf  Nacarado: Con aspecto nacarado que recuerda a las perlas. Aparece en las superficies de los minerales paralelas a los planos de exfoliación, por ejemplo en el caso del talco o en los planos basales de la apofilita.

 Graso: Las superficies presentan un aspecto como si

estuviesen recubiertas por una delgada capa de aceite y es propia de minerales con superficies microrrugosas. Lo puden presentar ciertas nefelinas, algunas especies de esfaleritas o el cuarzo masivo.  Sedoso: Resulta de la reflexión de la luz sobre paralelo de finas fibras. Lo presentan el yeso fibroso, la malaquita o el crisotilo.  Adamantino: Reflejo fuerte y brillante como el diamante. Es propio de minerales con un alto índice de refracción, como en el caso de la cerusita o la anglesita.

PROPIEDADES ELÉCTRICAS Conductividad  El tipo de enlace atómico determina la conductividad eléctrica de un mineral. Aquellos minerales con enlaces de tipo metálico, tales como los metales nativos, son excelentes conductores.  Los sulfuros, con enlaces sólo parcialmente metálicos, son semiconductores, mientras que los minerales con enlaces iónicos o covalentes son, generalmente, no conductores.  La conductividad es una magnitud vectorial y para los minerales no cúbicos varía en función de la orientación cristalográfica. Así , en el caso del grafito su conducción es mucho mayor según direcciones perpendiculares al eje c que según direcciones paralelas al mismo.

Piezoelectricidad  Se denomina piezoelectricidad a la facultad que presentan ciertos

minerales de producir una corriente de electrones si se ejerce una presión sobre un extremo de su eje polar. Todos los minerales que cristalicen según sistemas que presenten dichos ejes polares presentarán esta propiedad, pero sólo unos pocos de ellos lo hacen con una intensidad suficiente para ser medida.  Con esta propiedad, el cuarzo es empleado para el control de

radiofrecuencias. Si a una lámina de cuarzo cortada convenientemente se la somete a una corriente alterna se deforma mecánicamente y vibra por flexión en una dirección y en otra alternativamente. Al colocar una lámina de este tipo en el campo de eléctrico generado por un circuito de radio, puede controlarse la frecuencia de emisión y transmisión haciéndola coincidir con la frecuencia del cuarzo. Igualmente se emplea esta característica en los relojes de cuarzo.  La turmalina, si bien en menor medida que el cuarzo igualmente

presenta características piezoeléctricas bien marcadas especialmente en direcciones paralelas al eje c. Se emplean en la elaboración de manómetros, espacialmente utilizados en los controles de detonaciones nucleares

Piroelectricidad  Los minerales que presentan un eje polar único al ser sometidos a un gradiente de temperaturas desarrollan simultaneamente cargas positivas y negativas en los extremos opuestos del eje. Esta propiedad se denomina piroelectricidad.  Los minerales como el cuarzo con más de un eje polar pueden presentar una polaridad piroelectricidad denominada secundaria resultante de la deformación producida por un

PROPIEDADES MAGNÉTICAS  Se clasifican las características magnéticas de un mineral en función del comportamiento del mismo al ser expuesto a un campo magnético externo. Se denomina suceptibilidad magnética a dicha propiedad y es sensible a la temperatura especialmente al sobrepasarse la denominada temperatura de transición magnética.

PROPIEDADES MAGNÉTICAS  Aquellos materiales que posean todo sus orbitales completos con dos electrones de espines opuestos tendrán un momento magnético resultante nulo y se denominan diamagnéticos. Son muy numerosos los minerales de este tipo destacando, entre otros, la calcita, la albita, el cuarzo o el apatito. Al estar sometidos a un campo magnético externo apenas se ven afectados, si no es por una muy ligeras variaciones en los orbitales electrónicos que producen una pequeña suceptibilidad magnética negativa en algunos minerales máficos.

 Por el contrario aquellos materiales con electrones no

compartidos en orbitales 3d tendran momentos resultantes no nulo. En este grupo aparecen algunos constituyentes muy comunes de los minerales tales como el Fe, Mn, Ti o Cr. El momento magnético será proporcional al número de electrones desapareados Elemento Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu

Ión Ti3+, V4+ Ti2+, V3+ V2+, Cr3+, Mn4+ Cr2+, Mn3+ Mn2+, Fe3+ Fe2+, Co3+ Co2+ Ni2+ Cu2+

Momento magnético mB 2 mB 3 mB 4 mB 5 mB 4 mB 3 mB 2 mB mB

 Pero

aparte del mayor o menor momento magnético de los componentes de un mineral, debe igualmente tenerse en cuenta las interacciones de dichos componentes en las estructuras cristalinas.  Si un mineral posee una distrubución aleatoria de sus dipolos magnéticos provocados por componentes del tipo descrito anteriormente se dice paramagnético, siendo ejemplos de este tipo de minerales los olivinos y la augita.  Al ser sometido a un campo magnético, solo una pequeña parte de los dipolos tenderán a orientarse paralelamente a este, por ello estos minerales solo seran débilmente influidos por campos externos, no siendo, además, dicha magnetización permanente.

 En los minerales ferromagnéticos, tales como el hierro

nativo, los dipolos están alineados por fuerzas de intercambio debidas al solapamiento de los orbitales de los átomos e iones vecinos.  Se presentan ciertas áreas dento de un mismo cristal denominadas dominios en los cuales existen un número grande de átomos paramagnéticos con sus momentos magnéticos bien alineados. Al ser sometido a un campo magnético, los dominios se alinéan con él presentando el mineral una fuerte atracción frente a dicho campo, al punto que los dominios tienden a mantener su orientación aún en ausencia del campo externo, induciendo un magnetismo permanente. Todo material ferromagnético con magnetismo permanente sometido a calentado por encima de la denominada temperatura de Curie perderá sus propiedades.

 Los minerales ferrimagnéticos presentan, contrariamente al

caso anterior, momentos de espín iónicos antiparalelos pero no de igual valor, por lo que existirán momentos magnéticos permanentes. Tal es el caso de la magnetita , de los miembros de la serie sólida hematites - ilmenita y de la pirrotina.  En el caso de la magnetita Fe3+ (Fe2+Fe3+)O4 los iones Fe3+ se distribuyen en la red en direcciones opuestas de espín magnético, mientras que los Fe2+ serán responsables del espín no apareado neto y, por tanto, de unos dominios magnéticos permanentes.  La piedra imán natural es una sustancia ferrimagnética con la composición de la magnetita con todos los momentos magnéticos netos fuertemente alineados. Este magnetismo natural se debe al enfriamiento de material fundido bajo la influencia del campo magnético terrestre.

LUMINISCENCIA



La energía radiante que recibimos del sol cubre una Concepto y definición amplia gama de longitudes de onda de las cuales sólo una pequeña parte constituye el llamado espectro de la luz visible. 

La luz es una forma de energía y para crearla es necesario suministrar energía bajo otra forma. Existen, fundamentalmente, dos formas para que ello ocurra:



La incandescencia es el fenómeno de emisión de luz debida a la energía calorífica. Un cuerpo, alcanzando cierta temperatura, emite una radiación luminosa que es, además, característica de cada sustancia. Es este el fenómeno observado cuando un metal es "calentado al rojo" y está a la base de utilizaciones industriales tan comunes como la bombilla en la que un filamento de wolframio, atravesado por corriente eléctrica, alcanza la incandescencia y emite una luz brillante. Las estrellas y el propio sol irradian luz por incandescencia.



La luminiscencia, por el contrario, es una forma de "luz fría" en la que la emisión de radiación lumínica es provocada en condiciones de temperatura normal o baja.

Espectro de la luz, con la zona visible (380 - 780 nm) y los diferente colores de la misma

 Esquemáticamente puede describirse una átomo como un

núcleo alrededor del cual gravitan un conjunto de electrones con trayectorias orbitales precisas.  Cuando una cierta forma de energía alcanza un átomo, ciertos electrones son excitados, alcanzando, de manera transitoria, un mayor nivel de energía saltando a un orbital superior; para recuperan su estado inicial deben desprenderse del excedente de energía, emitiendo un fotón, generalmente con longitud de onda dentro del espectro de la luz visible.  Este fenómeno se observa normalmente en minerales que poseen iones extraños, llamados "activadores", siendo una emisión débil, sólo observable en la oscuridad. Otros elementos como el hierro o el cobalto son llamados "desactivadores" pues impiden la fluorescencia incluso en presencia de un activador.

 El poeta y científico alemán Johann Wolfgang von Goethe (1749-1832), gran apasionado de las Ciencias Naturales, fue el primero en notar que la luz ultravioleta podía provocar fluorescencia en los minerales. Posteriormente los físicos franceses Antoine y Edmond Becquerel estudiaron el efecto de diferentes longitudes de onda sobre numerosos materiales fluorescentes. Este último empleó placas fotográficas para medir el espectro de la luz ultravioleta. Pusieron en evidencia que la fluorescencia de color rojo observable en la Calcita era debida a la presencia de manganeso poniendo en evidencia, por primera vez, el papel de los activadores en este fenómeno.

LA RADIACTIVIDAD Introducción  Algunos núcleos atómicos naturales no son estables sino que se alteran de manera espontánea dando lugar a núcleos diferentes de los iniciales.  Predecir cuando un núcleo va a sufrir este fenómeno es, hoy en día, totalmente imposible, pero sobre un amplio conjunto de átomos agrupados en cristales si puede determinarse un ratio de desintegración radiactiva, proporcional con el número de átomos presentes y específico para cada tipo de isótopo radiactivo. Se considera generalmente el intervalo de tiempo necesario para la desintegración de la mitad de los átomos presentes de una sustancia dada, denominado periodo de desintegración nuclear.

El proceso de desintegración nuclear 

Un núcleo puede emitir una partícula a, o sea un ión He2+, produciendo un núcleo hijo que estará dos posiciones por debajo en la tabla periódica de los elementos y tendrá cuatro unidades de masa menos. Así, por ejemplo, un ión uranio con número atómico 92 y masa 235 o 238 se transformará por emisión de una partícula a en un ión torio con número atómico 90 y masa 331 o 234 respectivamente.



También es posible una emisión de partículas b o electrones. En este caso, la masa efectiva no varía pero la partícula resultante estará una posición más adelante en la tabla periódica de los elementos, al emitir un neutrón un electrón y transformarse en protón. Así, por ejemplo, un isótopo 87Rb se transformará en 87Sr.



Otra posibilidad es la captura por el núcleo de un electrón K que provoca que un protón sea transmutado en neutrón con lo que la partícula resultante estará una posición por debajo en la tabla periódica de los elementos.



El proceso de fisión nuclear es el cuarto modelo de desintegración y consiste en la división de un núcleo en dos o mas isótopos, estables o no. Estos procesos pueden estar acompañados por emisiones de partículas.

 El proceso de fisión nuclear es el cuarto modelo de desintegración y

consiste en la división de un núcleo en dos o mas isótopos, estables o no. Estos procesos pueden estar acompañados por emisiones de partículas.  Los procesos naturales de desintegración nuclear pueden comprender

complejas cadenas de reacciones con más procesos. A modo de ejemplo, se presenta la desintegración nuclear del 238U hasta llegar a 82Pb estable.

La metamictización  Algunas propiedades y consecuencias de la descomposición

radiactiva tienen notables consecuencias a nivel mineralógico, especialmente la metamictización.  Se denomina así al proceso de destrucción de la estructura cristalina

como consecuencia de procesos radiactivos. En efecto, aquellos minerales con cantidades significativas de U o Th ven sus redes distorsionadas y/o destruidas como consecuencia de los drásticos cambios de los radios iónicos entre las partículas originales y las obtenidas tras descomposición radiactiva y por el borbardeo por partículas a, provocando que el mineral se vuelva opaco a los rayos X cuando al menos un 20% de sus iones han sido desplazados.  La cristalinidad podrá, en parte, ser restaurada al calentar el mineral

metamíctico a temperaturas entre 500 y 900º C.  Una intensa emisión de partículas a, puede alterar los minerales que

rodeen a los granos radiactivos, como ocurre en el caso de numerosos granitos en los que de las biotitas y/o cloritas que envuelven a ciertos circones aparecen con halos pleocroicos de alteraci

LOS MINERALES DE URANIO Introducción  El uranio y el torio son los elementos radiactivos naturales esenciales, a los que hay que añadir los elementos de vida corta que resultan de su desintegración, tales como el radio o el radón y a elementos ligeros radiactivos. El uranio es con diferencia el más abundante, apareciendo en numerosos minerales.  El metal uranio fue descubierto por Kalproth (1789) en un mineral negro y pesado llamado pechblenda que, hasta ese momento, se suponía compuesto por hierro y cinc. Hasta 1841 no pudo ser aislado el metal puro, pero ya mucho antes se conocían otros minerales que lo contenían (uraninita, autunita, torbernita, gummita, etc.) y no es hasta mucho tiempo después que las propiedades radiactivas del uranio se conocieron.

 Algunos aspectos químicos del uranio  Si se considera el conjunto de especies minerales identificadas que

contienen uranio como constituyente principal, destaca el número elevado de ellas, más de 200 especies, lo que, sobre un total de minerales conocidos de unos 3.600, supone más del 5%, cuando el uranio es un elemento muy escaso que, como media, alcanza sólo 2.5 ppm en la corteza terrestre.  Esta abundancia relativa que se debe a diversas características del

uranio:  En primer lugar, el uranio es un elemento muy pesado, del grupo de los

actínidos, emparentado, por tanto, con el torio, el protoactinio y los llamados transuránicos. También guarda estrecha relación con los elementos de las "tierras raras" o lantánidos, que muchas veces se encuentran asociados con él en los mismos yacimientos y minerales.  El átomo de uranio tiene, además, un núcleo grande con gran número de

orbitales electrónicos, algunos débilmente unidos al núcleo, por lo que son posibles diversos estados de oxidación. De hecho, se sabe que son posibles todos los estados de valencia entre +2 y +6, aunque en la naturaleza sólo se conocen minerales en los que el uranio presenta los estados de oxidación +4 y +6.

 En segundo lugar, el uranio (al igual que el torio), es un

elemento notablemente litófilo, es decir, que tiende a combinarse con el oxígeno formando óxidos o sales que contienen oxígeno (silicatos, fosfatos, sulfatos, carbonatos etc.) pero nunca aparece en forma nativa, como sulfuro, arseniuro, sulfosal o teleruro.  Resulta pues abundante en la superficie terrestre, normalmente relacionado con rocas graníticas, así como en rocas sedimentarias. Concretamente, las rocas graníticas poseen un contenido medio de uranio bastante mayor al de la corteza terrestre, siendo, posiblemente, la meteorización de estas rocas la fuente lejana de todo el uranio contenido en rocas sedimentarias. Por el contrario, en basaltos y peridotitas los contenidos de uranio son muy bajos (1 ppm en basaltos, 0.001 ppm en peridotitas).

 Por otra parte, el uranio es un metal con un radio iónico

próximo al del calcio, torio, circonio, lantano y otras tierras raras, por lo que sustituye a estos elementos en muchos minerales (circón, xenotimo, monacita, apatito, etc.) encontrándose en ellos en pequeñas proporciones.  Desde que se conoce su importancia como recurso energético fundamental, los minerales de uranio han sido buscados con intensidad y se ha investigado mucho sobre su composición y estructura. Con un instrumental moderno se pueden determinar nuevas especies, incluso disponiendo de muy pequeñas cantidades de mineral.  Por último, muchos minerales de uranio presentan colores llamativos, que aumentan el interés de los coleccionistas por clasificar e identificar especies, a veces sólo detectables a simple vista por sutiles cambios de tonalidad

Criterios de clasificación de los minerales de uranio  Normalmente, los minerales de uranio se clasifican según criterios genéticos, en primarios y secundarios según se hayan formado a partir de soluciones o por alteración, respectivamente.  Otra clasificación posible se basa en el estado de oxidación del ión uranio en los distintos minerales, distinguiéndose los minerales en los que el uranio aparece en forma reducida, es decir, el U4+ y otra en la que el estado predominante es el oxidado U6+. En esta segunda familia, la mayor parte de las especies contienen el ión uranilo (UO2)2+. Una subdivisión de la familia oxidada puede realizarse teniendo en cuenta el grupo aniónico con el que se asocia el uranilo (carbonato, sulfato, fosfato, vanadato, etc.).

Criterios de clasificación de los minerales de uranio  La mayor parte de los minerales de uranio se presentan en varios tipos de yacimiento, aunque los minerales reducidos, mucho menos frecuentes que los oxidados, rara vez aparecen en más de dos variedades para un yacimiento dado.  La presencia de uno o varios minerales viene determinada por las condiciones de oxidación/reducción del entorno, así como por la acidez o basicidad del medio. Estudiando los diagramas Eh/pH o el diagrama composicional uranio/oxígeno, es fácil observar la gran cantidad de fases que son posibles con leves variaciones de las condiciones del yacimiento.

CAPITULO III

1

CRISTALOGRAFIA Es la ciencia que se dedica al estudio y resolución de estructuras cristalinas. La mayoría de los minerales adoptan formas cristalinas cuando se forman en condiciones favorables. La cristalografía es el estudio del crecimiento, la forma y la geometría de estos cristales. 2

DISPOSICION EN LOS SISTEMAS CRISTALINOS La disposición de los átomos en un cristal puede conocerse por difracción de los rayos X. La química cristalográfica estudia la relación entre la composición química, la disposición de los átomos y las fuerzas de enlace entre éstos. Esta relación determina las propiedades físicas y químicas de los minerales. 3

ESTRUCTURA DE LOS SISTEMAS CRISTALINOS Para determinar completamente la estructura cristalina elemental de un sólido, además de definir la forma geométrica de la red, es necesario establecer las posiciones en la celda de los átomos o moléculas que forman el sólido cristalino; lo que se denominan puntos reticulares.

4

ELEMENTOS DE SIMETRIA EN LOS SISTEMAS CRISTALOGRAFICOS Las celdas fundamentales de un cristal presentan elementos de simetría, que son:  Eje de simetría: es una línea imaginaria que pasa a través del cristal, alrededor de la cual, al realizar éste un giro completo, repite dos o más veces el mismo aspecto. Los ejes pueden ser: monarios, si giran el motivo una vez (360º); binarios, si lo giran dos veces (180º); ternarios, si lo giran tres veces (120º); cuaternarios, si lo giran cuatro veces (90º); o senarios, si giran el motivo seis veces (60º). 5

 Plano de simetría: es un plano imaginario que divide el cristal en dos mitades simétricas especulares, como el reflejo en un espejo, dentro de la celda. Puede haber múltiples planos de simetría. Se representa con la letra m.  Centro de simetría: es un punto dentro de la celda que, al unirlo con cualquiera de la superficie, repite al otro lado del centro y a la misma distancia un punto similar.

6

 Sistemas cristalinos: todas la redes cristalinas, al igual que los cristales, que son una consecuencia de las redes, presentan elementos de simetría. Si se clasifican los 230 grupos espaciales según los elementos de simetría que poseen, se obtienen 32 clases de simetría (cada una de las cuales reúne todas las formas cristalinas que poseen los mismos elementos de simetría) es decir, regular o cubico, tetragonal, hexagonal, romboédrico, rómbico, monoclínico y triclínico. 7

 Hábito cristalino: es el aspecto que presenta un cristal como consecuencia del diferente desarrollo de sus caras.  Hábito acicular: cristales con gran desarrollo de caras verticales. Tienen aspecto de agujas.  Hábito honojoso: cristales con aspecto de hojas por el gran desarrollo de las caras horizontales.

8

SISTEMAS CRISTALINOS EN LOS MINERALES Los minerales se describen por los sistemas cristalinos y se puede observar el análisis del mineral considerando un cubo. Existen 7 sistemas cristalinos y cada uno de ellos tiene sus propios elementos de simetría, y se describen por: Sus ejes cristalográficos. Los ángulos que respectivamente dos de los ejes cristalográficos rodean. Las longitudes de los ejes cristalográficos. 9

METODOLOGIA  Se fijarán el aspecto obvio de que todas las caras están perpendiculares entre sí.  Existen tres planos de simetría, que están perpendiculares entre sí y los cuales se llaman planos axiales de simetría y cada cara a un lado de este plano de simetría se refleja a su otro lado.  El aspecto esencial de la simetría es que se puede realizar una operación geométrica en tal manera que una cara se repite en una otra posición. Es decir que al realizar una operación geométrica como una rotación p. ej. una cara nueva ocupará la misma posición que fue ocupado por una otra cara antes de la rotación y con la consecuencia que no pueden distinguirse entre la apariencia después la rotación y la apariencia original. 17

SISTEMA CUBICO Existen tres ejes cristalográficos a 90° entre sí: alfa = beta = gama = 90° Las longitudes de los ejes son iguales: a = b = c. Entre los minerales que pertenecen a este sistema se encuentran: Halita, Pirita, Diamante, Magnetita, Granate, Esfalerita, Galena, Rubí.

18

Cristalografía

Pirita

Halita

SISTEMA TETRAGONAL Existen 3 ejes cristalograficos a 90° entre sí: alfa = beta = gama = 90° Los parámetros de los ejes horizontales son iguales, pero no son iguales al parámetro del eje vertical: a = b ≠ [es desigual de] c. Entre los minerales que pertenecen a este sistema se encuentran: Circón (ZrSiO2) pertenece al sistema tetragonal y forma p. ej. prismas limitados por pirámides al extremo superior e inferior. Tambien se encuentra la Casiterita SnO2. 21

Cristalografía Cristalografía 22

Casiterita

Circón

23

SISTEMA HEXAGONAL Existen 4 ejes cristalográficos, tres a 120° en el plano horizontal y uno vertical y perpendicular a ellos: Y1 = Y2 = Y3 = 90° - ángulos entre los ejes horizontales y el eje vertical. X1 = X2 = X3 = 120° - ángulos entre los ejes horizontales. a1 = a2 = a3 ≠ c con a1, a2, a3 = ejes horizontales y c = eje vertical. Entre los minerales que pertenecen a este sistema se encuentran: Apatito Ca5[(F, OH, Cl)/(PO4)3] y grafito C pertenecen al sistema hexagonal. 24

Cristalografía25

Apatito

Grafito

26

SISTEMA TRIGONAL Existen tres ejes cristalográficos con parámetros iguales, los ángulos X1, X2 y X3 entre ellos difieren a 90°: X1 = X2 = X3 = 90° a1 = a2 = a3.

Entre los minerales que pertenecen a este sistema se encuentran: Calcita CaCO3 y Dolomita CaMg(CO3)2 pertenecen al sistema trigonal y forman a menudo romboedros. 27

Cristalografía 28

Calcita

Dolomita

29

SISTEMA ORTOROMBICO Existen tres ejes cristalográficos a 90° entre sí: alfa = beta = gama = 90° Los parámetros son desiguales: a ≠ b ≠ c [a es desigual de b es desigual c] .

Entre los minerales que pertenecen a este sistema se encuentran: Olivino (Mg,Fe)2(SiO4).

30

Cristalografía 31

Olivino

Topacio

32

SISTEMA MONOCLINICO Hay tres ejes cristalográficos, de los cuales dos ( uno de los dos siempre es el eje vertical = eje c) están a 90° entre sí: alfa = gama = 90° y beta es mayor de 90° Los parámetros son desiguales. a ≠ b ≠ c [a es desigual de b es desigual de c] .

Entre los minerales que pertenecen a este sistema se encuentran: Mica. 33

Cristalografía 34

Mica

Actinolita

35

SISTEMA TRICLINICO Hay tres ejes cristalográficos, ninguno de ellos a 90° entre sí: alfa es desigual de beta es desigual de gama es desigual de 90°. Los parámetros son desiguales. a ≠ b ≠ c [a es desigual de b es desigual de c] .

Entre los minerales que pertenecen a este sistema se encuentran: Albita: NaAlSi308 y Distena: Al2SiO5 . 36

Cristalografía 37

Albita

Distena / Cianita

38