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PIE 378/2004 UCM
LOS MINERALES, SUS PROPIEDADES
El objetivo de este programa es estudiar las principales propiedades físicas de los
sólidos. Para ello, nada mejor que trabajar manipulando minerales.
El procedimiento a seguir consta de cuatro pasos:
1. Leer con detenimiento la definición de mineral y las propiedades físicas que se
describen en este programa hasta comprenderlas bien (las puedes imprimir).
2. Realizar la práctica con las muestras de todos los minerales de esta actividad y
completar una tabla con sus principales propiedades.
3. Repasar la tabla de las propiedades hasta asegurarte de que todos los
minerales están bien descritos.
4. Realizar los ejercicios de evaluación. Obtener el diploma de la actividad y
entregárselo al profesor de la asignatura.
Vamos a trabajar con estos minerales: Aragonito, calcita, cuarzo, feldespatos
(ortosa), galena, grafito, halita, micas (moscovita y biotita), pirita, yeso, talco
y azufre.
DEFINICIÓN: Los minerales son sólidos homogéneos, inorgánicos y de origen
natural, con una composición química definida y una disposición atómica
ordenada.
.
•
Sólidos homogéneos: sustancias sólidas que no pueden ser
separadas mediante procedimientos físicos en componentes más simples. La
mayoría de las rocas son agregados de minerales que pueden ser separados unos
de otros mediante procedimientos físicos.
.
•
Inorgánicos: las sustancias sólidas de origen orgánico no son
consideradas minerales.
•
De origen natural: cristales similares producidos en el laboratorio
(sintéticos) no son considerados, en rigor, minerales.
•
Composición química definida: los minerales son elementos
químicos o sus compuestos cuya composición puede representarse por una
fórmula (aunque en algunas ocasiones esta fórmula no es necesariamente fija y
puede variar dentro de unos márgenes definidos).
.
•
Disposición atómica ordenada: los minerales están constituidos por
materia cristalina. Las escasas sustancias sólidas y de origen natural que son
amorfas (con una disposición atómica desordenada) como el ópalo o los vidrios
volcánicos se llaman mineraloides.
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Los cristales aislados son rarísimos en la naturaleza. Los minerales generalmente
se presentan en agregados o asociaciones. Llamamos rocas a las asociaciones más
comunes de uno o varios minerales, que se presentan en grandes extensiones en
la Tierra o en otros cuerpos planetarios.
LAS PROPIEDADES FÍSICAS:
Todas las características de los minerales dependen de su composición química y
estructura, en la que ejercen una gran influencia las contaminaciones, mezclas y
defectos estructurales que posea cada ejemplar en concreto. Las propiedades
físicas de los minerales son fundamentales para su identificación. Algunas de las
más importantes pueden determinarse mediante simple inspección ocular (visu) o
mediante ensayos muy sencillos.
GEOMETRÍA DE LOS CRISTALES:
Las relaciones geométricas de los cristales son una característica importante para
la identificación de los minerales. Podemos caracterizar la morfología de los
cristales de dos maneras. En primer lugar tenemos las características formas
cristalográficas controladas por la estructura y, por lo tanto, por la simetría del
cristal. Existen por otro lado una serie de términos descriptivos que, a pesar de
ser algo subjetivos, son más fáciles de entender que los de las formas
cristalográficas, que son más complejos aunque más precisos.
FORMAS CRISTALOGRÁFICAS: Existen siete tipos de mallas o redes
tridimensionales a las que se ajustan todas las posibles estructuras internas de
los minerales. Se trata de los conocidos sistemas cristalinos. En cada uno de
estos sistemas hay muchas formas posibles, pero todas las formas de un mismo
sistema cristalino tienen la simetría del mismo. Los siete sistemas son:
cúbico; hexagonal; trigonal; tetragonal; rómbico; monoclínico; triclínico.
LOS TÉRMINOS DESCRIPTIVOS: Algunos de estos términos se refieren a cristales
simples aunque una gran mayoría describen a los agregados cristalinos (que son
agrupaciones de miles de cristales difíciles de apreciar de forma aislada pero que
originan una única formación fácil de reconocer). Destacamos los siguientes:
Hojoso: alargado en dos direcciones y muy estrecho en la tercera Tabular:
alargado en dos direcciones Prismático: alargado fundamentalmente en una
dirección Fibroso: en forma de pequeñas fibras paralelas fácilmente separables
entre sí Acicular: cristales delgados, parecidos a agujas Dendrítico: de aspecto
similar a las ramas de las plantas Drusa: superficie cubierta por una capa de
pequeños cristales Estalactítico: En forma de conos o cilindros colgantes a modo
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de estalactitas. Estrellado: cristales en formas concéntricas simulando estrellas.
Geoda: cavidad recubierta de cristales. Granular: agregado de granos cristalinos.
Masivo: compacto, irregular, sin aspecto definido.
PROPIEDADES ÓPTICAS: COLOR.
El color es lo primero que nos llama la atención cuando observamos minerales
pero, en realidad, es una de las propiedades menos útiles en su identificación, ya
que hay muchos minerales que pueden presentarse con coloraciones muy
variadas y, por otra parte, minerales diferentes pueden presentar colores
idénticos. El color de los minerales se debe a la absorción selectiva de ciertas
longitudes de onda de la luz blanca por algunos de los átomos del mineral.
Cuando un mineral absorbe todas las longitudes de onda lo veremos negro, si las
refleja todas será blanco y si, por ejemplo, lo vemos azul, es porque absorbe
todas la longitudes de onda excepto las que corresponden al azul, que las
refleja. En estado puro una gran mayoría de minerales son blancos o poco
coloreados, pero algunas impurezas pueden conseguir una gran variabilidad de
colores. Los metales de transición suelen ser los responsables de la mayoría de
las coloraciones. El cobre generalmente produce minerales verdosos o azulados;
el hierro es responsable de coloraciones rojas y amarillas, etc.
El color de la raya es el color del polvo fino de un mineral. Este color es más
preciso y constante que el color del mineral que puede sufrir cambios debido a
alteraciones en su superficie.
PROPIEDADES ÓPTICAS: BRILLO.
Es una propiedad compleja que describe el aspecto que presenta la superficie de
un mineral cuando se refleja la luz, por lo tanto depende de la intensidad de la
reflexión. El brillo no tiene relación alguna con el color del mineral.
Los términos que se utilizan para referirse al brillo tratan de ser descriptivos,
pero se requiere un poco de entrenamiento para su correcta utilización.
En principio podemos dividir el brillo en dos tipos: metálico, cuando su
superficie brilla como los metales, reflejando totalmente la luz. Si no es así,
se dice que el brillo es no metálico, y se intenta determinar si es:
Vítreo: si brilla como el vidrio.
Mate: sí carece de brillo, típico de las sustancias terrosas.
Submetálico: entre metálico y mate.
Graso: si parece como cubierto por una película de grasa.
Nacarado: si se parece al brillo de las perlas, ligeramente irisado.
Adamantino: si posee un brillo muy intenso como el diamante.
Sedoso: sí brilla como la seda; típico de los materiales fibrosos.
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PROPIEDADES ÓPTICAS: DIAFANIDAD.
Llamada en algunas ocasiones transparencia, se refiere a la interacción de la
luz con el cristal. Existen estas posibilidades:
Transparentes: si puede apreciarse con nitidez el contorno de un objeto
situado detrás.
Semitransparente: cuando no se puede precisar el contorno de un objeto
situado detrás.
Translúcidos: si deja pasar luz pero no es posible la observación de los
objetos situados al otro lado.
Semitranslúcidos: el mineral es atravesado por la luz en sus bordes más
delgados.
Opacos: los cristales impiden totalmente el paso de la luz.
No es una propiedad importante en el reconocimiento de minerales; algunos de
ellos translúcidos o transparentes se convierten en opacos mediante inclusiones o
alteraciones.
PROPIEDADES ÓPTICAS: LUMINISCENCIA.
Algunos minerales cuando son sometidos a estímulos mecánicos, químicos o a
variaciones térmicas, emiten luz de coloraciones diversas, es el fenómeno de la
luminiscencia. Si, una vez cesado el estímulo, la emisión permanece durante
bastante tiempo se habla de fosforescencia. Si la emisión cesa con el estímulo se
denomina fluorescencia.
PROPIEDADES MECÁNICAS. La Tenacidad: es la resistencia que opone un sólido a
ser roto. Esta propiedad no tiene ninguna relación con la dureza (por ejemplo el
diamante es el mineral más duro que se conoce pero debe tratarse con cuidado
para evitar que se fragmente por un golpe). Frente a la tenacidad, un mineral
puede comportarse como tenaz o resistente o bien como frágil si se rompe con
facilidad Por otra parte existen una serie de términos referidos a la facilidad con
la que un sólido puede ser deformado. Destacamos los siguientes:
Dúctil, si se pueden hacer hilos delgados.
Maleable, si puede moldearse en láminas delgadas. Flexible, si se curva
fácilmente sin romperse. Elástico, cuando recobra su forma primitiva al cesar la
fuerza que lo deforma y plástico si no recobra su forma original.
La Dureza: es una propiedad bastante característica por lo que la tratamos con
mayor extensión. Se define como la resistencia que ofrece la superficie lisa de un
mineral a ser rayada. Depende de la cohesión y, por lo tanto, de la estructura
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(cuanto mayores sean las fuerzas de enlace, mayor será la dureza) y también de
la composición química. La dureza varía con la dirección. Su determinación
exacta es difícil. Para identificar la dureza sigue siendo válida la escala de Mohs.
Esta escala toma como referencia 10 minerales a los cuales se les asigna un
número entero. Comparando sus durezas se puede determinar la de cualquier
mineral. El mineral con número superior siempre raya a los inferiores (pero las
variaciones de dureza entre cada uno de los minerales de la escala no son valores
constantes). La escala de Mohs es la siguiente:
1.- TALCO, 2.- YESO, 3.-CALCITA, 4.- FLUORITA, 5.- APATITO, 6.FELDESPATO, 7.- CUARZO, 8.- TOPACIO, 9.- CORINDÓN, 10.- DIAMANTE
En los laboratorios escolares es frecuente establecer tres o cuatro grupos:
Dureza baja: si se raya con la uña.
Dureza media: si se puede rayar con el vidrio pero no se raya con la uña
(en este caso la dureza estará comprendida entre 2,5 y 5,5).
Dureza alta: si no se puede rayar con un trozo de vidrio (la dureza del
mineral será en este caso mayor que la del vidrio que es de 5,5).
Dureza muy alta: si no se puede rayar con un trozo de cuarzo (la dureza
será entonces mayor que 7).
Para determinar la dureza hay que tomar una serie de precauciones:
— Realizar las pruebas en superficies frescas, pues superficies alteradas
provocan una disminución de la dureza.
— 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.
FRACTURA Y EXFOLIACIÓN.
La rotura de un mineral a lo largo de una superficie irregular se denomina
fractura. Se llama exfoliación cuando un mineral se rompe a favor de alguna de
sus caras planas. Esta propiedad está íntimamente ligada a la estructura
cristalina. Los planos de exfoliación representan las direcciones en las que los
enlaces que unen a los átomos son relativamente débiles. Existen unas cuantas
reglas acerca de la exfoliación, una es que es reproducible, esto es que un cristal
se podrá romper una y otra vez a lo largo de planos paralelos a los de
exfoliación. Otra es que todo plano de exfoliación debe de ser paralelo a caras
reales o posibles del cristal. También podemos establecer que los mismos
minerales presentarán siempre la misma exfoliación. Para describir los grados de
exfoliación se emplean términos como: perfecta, buena, regular (apreciable),
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pobre o imperfecta… Existen también diversos nombres para designar las
diferentes clases de fractura: concoidea (con superficies curvas en forma de
concha), fibrosa o astillosa (con entrantes y salientes puntiagudos) granular,
desigual o imperfecta, etc.
PESO ESPECÍFICO Y DENSIDAD El peso específico es la relación entre el peso de
un mineral con el peso del mismo volumen de agua pura a 4º C (que es la
3
temperatura en la que el agua alcanza su densidad exacta de 1 g/cm ). Se
muestra numéricamente sin unidades. Un PE de 3,5 indica que el mineral pesa
tres veces y media el peso del agua. El PE está determinado por la estructura
cristalina y por la composición química. Cuanto mayor es número atómico de los
elementos que forman el mineral y más compacto es su ordenamiento interno
mayor es el peso específico. Se consideran ligeros los minerales con pesos
específicos inferiores a 2, entre 2 y 4 se consideran normales y pesados los
superiores a 4. La mayoría de los minerales que forman las rocas tienen un peso
específico de alrededor de 2,7. Aunque físicamente el concepto de peso
específico es diferente al de densidad, es común utilizar estos términos como
sinónimos (la densidad es la masa por unidad de volumen de un material. Suele
expresarse en gramos por centímetro cúbico). El PE es un dato de gran fiabilidad
para la determinación de los minerales. Con un poco de práctica se pueden
realizar buenas aproximaciones sopesando los minerales en nuestras manos, pero
es bastante fácil determinarlo con exactitud utilizando una balanza.
PROPIEDADES MAGNÉTICAS.
Cuando los minerales son fuertemente atraídos por un imán se denominan
ferromagnéticos (magnetita). Cuando son atraídos débilmente paramagnéticos
(hematites, siderita). Cuando no son atraídos diamagnéticos (azufre, cuarzo).
PROPIEDADES ELÉCTRICAS
Los metales nativos, los sulfuros y los óxidos transmiten la corriente eléctrica;
sin embargo, la mayoría de los minerales son malos conductores o dieléctricos.
Algunos minerales (con ejes polares, esto es sin centro de simetría) al estar
sometidos a presión adquieren cargas eléctricas de signo contrario en sus
extremos. El fenómeno se conoce como piezoelectricidad (por ej. el cuarzo).
Algunos cristales cuando se someten a variaciones térmicas se cargan de
electricidad en algunas caras, el fenómeno se conoce como piroelectricidad (la
turmalina).
DETERMINACIÓN DE LAS PRINCIPALES PROPIEDADES FÍSICAS
DE LOS MINERALES
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Los minerales que vamos a estudiar son: Aragonito, calcita, cuarzo, feldespatos (ortosa),
galena, grafito, halita, micas (moscovita y biotita), pirita, yeso, talco y azufre.
Hay que seguir paso a paso las indicaciones que se describen a continuación para averiguar
las propiedades más importantes de cada uno de los minerales. Se deben anotar todos los
datos recogidos en una tabla ordenada.
1º.- Describir las CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS del mineral.
2º.- Describir las CARACTERÍSTICAS ÓPTICAS:
2.a.- Anotar el color que se aprecia sobre la superficie del mineral considerando
principalmente los colores del Arco iris.
2.b.-Para averiguar el color de la raya se debe frotar el mineral sobre una placa
de porcelana sin pulir.
2.c.- Observar con detenimiento y describir el tipo de brillo que presenta la
muestra.
2.d.- Por último determinar la diafanidad.
3º.- Describir las CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS, aunque no siempre es posible en
los laboratorios escolares pues en muchos casos se requiere destrozar la muestra:
3.a.- Describir si el mineral presenta alguna de las siguientes características:
tenaz, frágil, dúctil, maleable, flexible o elástico.
3.b.- Ahora con un trozo de vidrio y nuestras uñas podemos determinar la
dureza de la muestra.
3.c.- Observar muy detenidamente la muestra e intentar determinar si presenta
exfoliación. Si no presenta exfoliación intentar describir el tipo de fractura que
presenta.
4º.- Finalmente intentaremos determinar OTRAS PROPIEDADES:
• Sopesando el mineral en la mano y teniendo en cuenta su volumen, se puede indicar
si el mineral es denso o ligero, es decir su densidad aproximada.
• Con ayuda de imanes podemos determinar sus propiedades magnéticas.
• Siempre es importante conocer los elementos químicos que componen los minerales
que estamos estudiando. Podemos conocer la fórmula de cada mineral consultando
en libros o en Internet. Destacamos que son ocho los principales elementos que
forman la mayoría de los minerales y rocas de la superficie de nuestro planeta, son
estos:
oxígeno, silicio, aluminio, hierro, calcio, sodio, potasio y magnesio.
• También es importante buscar información para conocer los usos más frecuentes de
cada mineral.
• En algunos minerales, pueden describirse otras propiedades, como por ejemplo el
tacto (untuoso, húmedo, graso, etc.), el olor, el sabor, su reacción ante los ácidos,
etc.
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