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• Juanca Romero Palomino

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SEMANA 3: MINERALOGÍA

Ing. Juan Esteban Gonzales García [email protected]

¿Qué son los minerales?

¿De donde provienen los minerales?

¿Cómo se clasifican los minerales y que propiedades presentan?

3.1 ORIGEN Y NATURALEZA DE LOS MINERALES

ORIGEN Y NATURALEZA DE LOS MINERALES

Un mineral es un cuerpo producido por procesos de naturaleza inorgánica, con una composición química característica y una estructura cristalina, que generalmente suele presentarse en formas o contornos geométricos.

Se encuentran en formas muy diversas en la naturaleza ya que pueden ser de un sólo elemento, como el azufre nativo, oro, plata, cobre, o una combinación de varios, tal es el caso de algunos compuestos químicos como el cuarzo, que está formado por silicio y oxígeno. otro ejemplo de estos últimos es la carnotita, mineral del que se obtiene el elemento uranio, ya que contiene cinco elementos básicos: potasio, uranio, oxígeno, vanadio e hidrógeno.

ORIGEN Y NATURALEZA DE LOS MINERALES

Cuarzo (SiO2)

Perlas (Producción por la acción de la vida orgánica)

Pepitas de oro

Mercurio (Metal Líquido)

Rubí

ORIGEN Y NATURALEZA DE LOS MINERALES

Es importante explicar que las sustancias minerales que fueron producidas por acción de la vida orgánica, como la perla del ostión, no se incluyen entre los minerales. Además, las especies minerales están, por regla general, limitadas a sustancias sólidas, en este sentido, los únicos líquidos que se incluyen es el mercurio metálico y el agua, ya que ambos carecen de un orden interno y se clasifican como mineraloides. El petróleo no es propiamente una sustancia homogénea porque consiste de muchos compuestos de hidrocarburos y, aunque se forma por procesos naturales, no tiene una composición química definida ni distribución atómica ordenada, por lo tanto, no es considerado una especie mineral.

3.2 CRISTALOGRAFÍA Y SISTEMAS CRISTALINOS

LA CRISTALOGRAFÍA

La Cristalografía es la ciencia que se ocupa de la forma y propiedades de las sustancias cristalinas. Estudia las propiedades de los sólidos cristalinos para poder describir su estructura interna o atómica, sus diversas formas y su división en clases y sistemas. Incluye diversos métodos de estudio como la determinación de las relaciones matemáticas de sus caras, la medida de los ángulos que forman entre ellas; también abarca la descripción de cristales compuestos o maclas, las irregularidades de los cristales, de los agregados cristalinos y de los cristales seudomorfos.

LA CRISTALOGRAFÍA

Un cristal es la forma poliédrica regular, limitada por caras lisas, que adquiere un compuesto químico bajo la influencia de sus fuerzas interatómicas. Este proceso ocurre cuando el compuesto químico pasa, en condiciones apropiadas, del estado líquido o gaseoso al sólido. Una sustancia cristalina puede presentarse en diferentes estados: • Cristal euédrico: si se desarrolla con todas sus superficies planas correctas. • Cristal subédrico: si las circunstancias sólo han permitido la formación de una parte del cristal. • Cristal anédrico: si no presenta caras.

LA CRISTALOGRAFÍA

Algunas substancias cristalinas se presentan en fragmentos tan finos que solamente se pueden determinar con la ayuda del microscopio por lo que se les denomina microcristalinas, y aquellos agregados cristalinos que están tan finamente divididos que los componentes no pueden determinarse con el microscopio, pero que dan un patrón de difracción de rayos X, se denominan criptocristalinos. Además, existen substancias, tanto naturales como sintéticas, que son cristalinas y carecen de estructura interna ordenada, a éstas se les conoce como amorfas. Las substancias amorfas naturales se designan con el nombre de mineraloides.

SISTEMAS CRISTALINOS

Un cristal, bajo condiciones favorables de crecimiento, desarrollará superficies externas planas y uniformes (caras) que pueden asumir formas geométricas regulares, lo cual es expresión de su distribución interna regular atómica.

En cristales con caras bien desarrolladas se pueden reconocer los elementos de simetría como ejes de rotación, planos de simetría, etc. Un estudio sistemático de las formas externas de los cristales conduce a 32 simetrías o combinaciones de simetría. Algunas de estas 32 clases de cristales tienen características de simetría en común con otras, lo que permite agruparlas en uno de los seis sistemas cristalinos.

SISTEMAS CRISTALINOS

SISTEMAS CRISTALINOS

SISTEMAS CRISTALINOS

SISTEMAS CRISTALINOS

SISTEMAS CRISTALINOS

SISTEMAS CRISTALINOS

3.3 PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DE LOS MINERALES

PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS MINERALES Las propiedades físicas de los minerales son el resultado directo de sus características químicas y estructurales, ejemplo de ellos son el color, el brillo o la dureza, entre otros. Para el caso del color tenemos que los minerales pueden ser de diversos tonos aunque un mismo tipo puede encontrarse en diferentes sitios y en colores distintos. El cuarzo, por ejemplo, puede ser blanco, rosa o de otros colores. Otra característica que diferencia a los minerales es que se rompen y se dividen de manera distinta; unos se separan en láminas planas, como la mica; otros se rajan en cristales compactos, como la calcita; o bien se quiebran en superficies onduladas como el pedernal y muchos otros.

Entre estas propiedades físicas tenemos las siguientes:

PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS MINERALES COLOR Es una de las principales propiedades ya que es la más fácilmente observable. Sirve como un criterio distintivo ya que muchos minerales poseen un color característico; a los que tienen color constante se les llaman idiocromáticos, y a los que tienen colores que varían mucho se les llaman alocromáticos, en el caso de esos últimos las variaciones se deben a la presencia de pigmentos, inclusiones y otras impurezas

Idiocromático Malaquita (Verde)

Alocromático Variedades de cuarzo

PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS MINERALES DUREZA Se llama dureza a la resistencia ofrecida por un mineral a la abrasión o al raspado. Es de gran importancia en el reconocimiento rápido de los minerales, pues la dureza aproximada de una muestra se puede determinar fácilmente. La dureza se indica de manera relativa por la escala de Mohs que comprende los diez minerales dispuestos en orden, de menor a mayor, según su dureza.

Para determinar la dureza de un mineral el rasguño hecho deberá ser lo más corto posible, no mayor de 6 mm. La determinación de la dureza aproximada se simplifica y ejemplifica a continuación usando una uña, una moneda de cobre, la hoja de una navaja, un trozo de cristal de ventana y una lámina de acero.

PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS MINERALES DUREZA

PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS MINERALES BRILLO Es la apariencia de la superficie de un mineral cuando se refleja la luz en él. El brillo está en función de la transparencia, refractividad y estructura de un mineral y existen dos tipos principales: el metálico y el no metálico, pero cuando el brillo no es de estos dos tipos se llama metaloide o submetálico. • Brillo metálico: Lo tienen los minerales de apariencia metálica. Las sustancias que tienen brillo metálico son opacas o casi opacas, bastante pesadas y reflejan completamente la luz. • Brillo no metálico: Los minerales con este tipo de brillo son, en general, de colores claros y transmiten la luz, Entre los principales tenemos:

PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS MINERALES BRILLO

Galena mineral con brillo metálico

Cuarzo mineral con brillo no metálico (vítreo)

PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS MINERALES RAYA Es el color del polvo fino de un mineral que, aunque varíe, suele ser constante. Se determina por corte, limado o rasguño; sin embargo, el método corriente y más satisfactorio es frotar el mineral sobre una pieza de porcelana blanca sin brillo, llamada biscuit. Para determinar su color una raya de una longitud de ¼ de pulgadas es suficiente, y la facilidad o dificultad con que se puede obtener ésta, con la lámina, es índice de la dureza del mineral; por eso la lámina de biscuit no puede ser empleada con minerales de una dureza de siete o más, pues estos minerales son más duros que la lámina.

PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS MINERALES RAYA El color de la raya puede coincidir con el color del mineral, por ejemplo: • • •

El cinabrio: elcolor del mineral y el de la raya son rojos. La magnetita: el color del mineral y el de la raya son negros. La lazulita: el color del mineral y el de la raya son azules.

Otros minerales tienen una diferencia muy grande entre el color del mineral y el color de su raya, por ejemplo: • •

Hematita: el color del mineral es gris acero o negro y el de la raya es rojo. Pirita: el color del mineral es amarillo latón y el de la raya es negra.

PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS MINERALES FRACTURA La fractura de un mineral se refiere a las características de la superficie obtenida cuando sustancias cristalinas se rompen, en direcciones distintas de una exfoliación o una partición. En este caso los minerales que tienen una exfoliación muy débil, o no la tienen, proporcionan superficies de fractura muy fáciles. Otro caso son las sustancias amorfas, las cuales, al estar extensas de exfoliación, siempre presentan superficies de fractura cuando se les golpea con un martillo. Los tipos de fracturas son los siguientes: • Conciodea: las superficies se curvan y toman una forma de concha. • Lisa: la superficie de fractura son lisas o casi lisas, es decir, que son aproximadamente planas. • Irregulares: las superficies son más desiguales (Rodonita). • A tajo: las superficies de fractura tiene muchos puntos agudos y son bastas e irregulares (Cobre). • Astillosa: el mineral se rompe en astillas y/o fibras (Pectolita). • Terrosa: fractura irregular característica de las sustancias terrosas, como tiza, caolín y bauxita.

PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS MINERALES OTRAS PROPIEDADES Otras propiedades físicas complementarias son las siguientes: - Hábito - Contraste - Asterismo - Transparencia o diafanidad - Exfoliación - Tenacidad - Gusto - Olor - Tacto - Peso específico - Magnetismo - Luminiscencia - Radiactividad

PROPIEDADES QUÍMICAS DE LOS MINERALES SOLUBILIDAD Para probar el grado de solubilidad se emplea comúnmente el ácido clorhídrico, aunque en el caso de muchos minerales metálicos, como los sulfuros, los compuestos del plomo y plata, se requiere el ácido nítrico; también se utilizan el ácido sulfúrico y el agua regia (ácido nitroclorhídrico) aunque esta última con menos frecuencia. Prueba de efervescencia

PROPIEDADES QUÍMICAS DE LOS MINERALES Solubilidad sin efervescencia Muchos minerales son solubles sin efervescencia, entre ellos están algunos óxidos como la hematita, limonita, goetita, algunos sulfatos, muchos fosfatos y arseniatos, entre otros. A diferencia de los anteriores, el oro y el platino son solubles solamente en agua regia o ácido nitroclorhídrico. Se pueden obtener las siguientes soluciones:

- Solución amarilla: si hay mucho fierro presente. - Solución azul o azul verdosa: que cambia de azul profundo al agregársele un exceso de hidróxido de amonio. De los compuestos de cobre. - Solución rosa a rosa pálido: del cobalto.

PROPIEDADES QUÍMICAS DE LOS MINERALES Solubilidad con efervescencia

Minerales insolubles

Tiene lugar cuando el mineral pierde un ingrediente gaseoso o cuando se genera uno por la reacción mutua del ácido y el mineral. Entre los más notables se encuentran los carbonatos, ya que todos ellos se disuelven con efervescencia, desprendiendo el bióxido de carbono (CO2) como gas inodoro. Al realizar esta prueba se emplea el ácido clorhídrico diluido.

A un gran número de minerales no los ataca sensiblemente ninguno de los ácidos. Entre éstos se pueden mencionar los siguientes óxidos: corundo, espinela, cromita, diápsoro, rutilo, casiterita, cuarzo; también la cerargirita; muchos silicatos, titanatos, tantalatos, y noiobatos; alguno de los sulfatos, como la barita, y la celestina, y muchos fosfatos como la xenotima, lazurita, childrenita, ambligonita, el borato y la boracita.

34 ESTUDIO, RECONOCIMIENTO Y CLASIFICACIÓN DE LOS PRINCIPALES MINERALES PETROGRÁFICOS

CLASIFICACIÓN DE LOS MINERALES La clasificación mineral se basa en la composición química y en la estructura interna, las cuales en conjunto representan la esencia de un mineral y determinan sus propiedades físicas. De acuerdo con la composición química, los minerales se dividen en clases según el anión o grupo aniónico dominante, por ejemplo, los óxidos, los haluros, los sulfuros y los silicatos, entre otros.

Los minerales poseen el mismo anión o grupo aniónico dominante en su composición, por eso tienen semejanzas familiares y características más clara y fuertemente marcadas que aquellas que comparten los minerales que poseen el mismo catión dominante. Ejemplo de ello son los carbonatos, ya que estos se parecen más entre sí que los minerales de cobre. Estos principios estructurales, en combinación con la composición química, proporcionan una clasificación lógica, siendo:

CLASIFICACIÓN DE LOS MINERALES • • • • • • • • • •

Elementos nativos Sulfuros Sulfosales Óxidos e hidróxidos Haluros Carbonatos, nitratos y boratos Sulfatos y cromatos Volframatos y molibdatos Fosfatos, arseniatos y vanadatos Silicatos

CLASIFICACIÓN DE LOS MINERALES ELEMENTOS

Plata

Son los que se encuentran en la naturaleza en estado puro, se dividen en metálicos y no metálicos, y están conectados por la clase de transición de los semimetales. Cobre

Metálicos: Forman tres grupos: 1) Grupo del oro: Au, Ag, Cu y Pb 2) Grupo del platino: Pl, Pd, Ir y Os 3) Grupo del hierro: Fe y FeNi

Hierro

CLASIFICACIÓN DE LOS MINERALES ELEMENTOS Semimetales: Son los que se encuentran en estado nativo, aunque raramente cristalizan en un mismo sistema y forman estructuras de un mismo tipo. En este grupo se clasifica el arsénico, el antimonio y el bismuto.

Antimonio

Bismuto

Arsénico

CLASIFICACIÓN DE LOS MINERALES ELEMENTOS Azufre

No metálicos: Este tipo de minerales son de gran valor en el comercio y la industria. En este grupo, por ejemplo, se encuentra el carbón en forma de grafito o diamante y el azufre.

Carbón y Diamante

CLASIFICACIÓN DE LOS MINERALES SULFUROS Estibinita

Los sulfuros son muy importantes ya que comprenden la mayoría de las menas minerales. En esta clase se incluyen los sulfoarseniuros, los arseniuros y los telururos, los cuales son similares a los sulfuros pero más raros. La mayoría de estos minerales son reconocibles porque su brillo es metálico, son opacos, tienen colores distintivos y raya de colores característicos.

Cinabrio

CLASIFICACIÓN DE LOS MINERALES SULFOSALES Pirargitita

En este grupo de minerales el azufre toma el lugar del oxígeno en los ácidos oxigenados más comunes y más conocidos, como el ácido carbónico, ácido sulfúrico o el ácido fosfórico.

Las sulfosales son importantes porque nos pueden indicar cierto número de minerales de azufre diferentes a los sulfuros. Livingstonita

CLASIFICACIÓN DE LOS MINERALES ÓXIDOS E HIDRÓXIDOS En esta clase se encuentran aquellos compuestos naturales en los que el oxígeno aparece combinado con uno o más metales, cuyo aspecto y características son diversos. Los óxidos, por ejemplo, son un grupo de minerales relativamente duros, densos y refractarios; generalmente se presentan en forma accesoria en las rocas ígneas y metamórficas, y en forma de granos dendríticos resistentes en los sedimentos.

Pirolusita

CLASIFICACIÓN DE LOS MINERALES HALUROS Este grupo de minerales está constituido por combinaciones químicas de metales con los halógenos como el flúor, cloro, bromo y yodo. Generalmente tienen poca dureza, un peso específico bajo y brillo vítreo; su color puede variar bastante, como en el caso de la fluorita y algunos pueden considerarse de gran importancia económica. Los haluros son los ejemplos más perfectos del mecanismo de enlace iónico puro.

Atacamita

Fluorita

CLASIFICACIÓN DE LOS MINERALES CARBONATOS, NITRATOS Y BORATOS Los carbonatos son aquellos minerales que están constituidos por la combinación química de un metal con el grupo aniónico carbonato, por lo que éstos son los más difundidos. Los nitratos que se presentan escasamente en la naturaleza son fácilmente solubles en agua. El nitro sosa o nitrato de Chile es conocido por su importancia comercial. Entre los más importantes tenemos el nitro y la nitratina (nitrato de Chile).

Calcita variedad diente de perro

Magnesita

CLASIFICACIÓN DE LOS MINERALES SULFATOS Y CROMATOS Los minerales de este grupo tienen una dureza inferior a 3.5, por ejemplo las especies minerales ricas en agua, cuya dureza baja hasta 2.

Celestina

Sus propiedades ópticas resaltan los valores más pequeños de los índices de doble refracción.

Yeso

CLASIFICACIÓN DE LOS MINERALES VOLFRAMATOS Y MOLIBDATOS Se trata de un pequeño grupo de minerales de mena que son coloridos e interesantes. Cada uno de ellos puede sustituir fácilmente al otro como catión coordinador.

Scheelita

Pero en la naturaleza es raro encontrar volframios primarios casi por completo exentos de molibdeno y viceversa.

Wulfenita

CLASIFICACIÓN DE LOS MINERALES FOSFATOS, ARSENATOS Y VANADATOS Esta clase comprende un gran número de minerales de vivos colores que son poco conocidos. Se caracterizan por la presencia, en el grupo aniónico, de fósforo (fosfatos), arsénico (arseniatos) y vanadio (vanadatos). Como ejemplos se pueden mencionar los siguientes: litiofilita, trifilita, monacita, apatito, piromorfita, vanadinita, eritrita, ambligonita, lazurita, escorzalita, wavelita, turquesa, autunita, carnotita

Turquesa

Monacita

CLASIFICACIÓN DE LOS MINERALES SILICATOS En la clasificación de los silicatos se encuentran alrededor de una tercera parte de los minerales conocidos. Son importantes porque muchos son preciosos como las gemas y otros se explotan industrialmente. Los silicatos son los materiales cerámicos más importantes y contribuyen de diversa manera en nuestra civilización y el nivel de vida, por ejemplo los ladrillos, las piedras, el cemento y el vidrio empleados en la construcción de los edificios que se derivan de gran parte de estos minerales.

Granate (Nesosilicato)

Hemimorfita (Sorocilicato)

¿Cómo se clasifican los minerales y que propiedades presentan?

“LA OROGÉNESIS DEL PLANETA Y SU CONSTANTE DINÁMICA INTERNA Y EXTERNA, CONLLEVAN A UN PERMANENTE CAMBIO DEL MISMO EN GRANDES PERIODOS Y ERAS GEOLÓGICAS”.