Se conocen más de 2000 minerales, cada uno de los cuales es un elemento o un compuesto químico natural con propiedades físicas y químicas determinadas. Gracias a ellas pueden ser identificados. En CurioSfera-Ciencia.com, te explicamos las características de los minerales, sus propiedades, forma y clasificación.
Ver las características de las rocas sedimentarias
Qué son los minerales
Los minerales son los elementos que constituyen las rocas y la mineralogía es la ciencia que estudia los minerales, sus propiedades y la forma en que se forman. Desde los estadios más primitivos, la humanidad ha hecho uso de los minerales, que ha empleado como materiales indispensables para progresar en el dominio de la naturaleza.
Desde la Edad de la Piedra, pasando por la del Cobre, la Edad del Bronce y la del Hierro, la historia del hombre ha ido estrechamente ligada al aprovechamiento de los recursos minerales. El estudio e investigación de los minerales ha impulsado viajes, descubrimientos y colonizaciones. Además, su posesión ha sido causa de enfrentamientos y de guerras.
Con la Revolución Industrial comenzó un proceso de explotación intensiva de los recursos minerales de la Tierra. En nuestros días, con un simple vistazo a nuestro entorno habitual basta para comprobar cómo la civilización actual depende de la explotación y de la utilización de los minerales.
Propiedades de los minerales
El estudio y la determinación de los minerales se puede hacer de diferentes maneras: mediante el análisis químico, estudiando su estructura cristalina o estudiando sus propiedades físicas. Entre las propiedades físicas cabe destacar las mecánicas, las ópticas y la densidad.
Propiedades mecánicas de los minerales
Este grupo incluye propiedades como la dureza, la exfoliación, la fractura y la tenacidad, muy importantes para el reconocimiento macroscópico de los minerales. Indican el comportamiento de los minerales cuando se aplica una fuerza sobre ellos. Son un índice del grado de cohesión de los minerales.
La dureza
En mineralogía, se entiende por dureza la mayor o menor resistencia que presenta la superficie lisa de un mineral a ser rayado. Se trata de una propiedad que se usa mucho en la determinación y descripción de los minerales.
Para determinar la dureza de los minerales se utiliza la escala de Mohs: una serie de minerales de dureza tipo ordenada del l al 10 según un grado creciente de dureza. Cada mineral de la escala raya los de grado inferior y es rayado por los de grado superior.
Para la determinación de la dureza de un mineral hay que tener en cuenta los siguientes aspectos:
- La dureza de un mineral puede variar de unas muestras a otras según la presencia de impurezas, el grado de alteración, etc. Es muy importante hacer las pruebas en superficies recientes y no meteorizadas.
- Al hacer las pruebas de dureza se debe comprobar que lo que se ha producido es la raya, y no la pulverización de un mineral encima de otro.
- Los minerales pueden presentar durezas diferentes según la cara cristalina en la que se realiza la prueba.
Exfoliación, fractura y tenacidad
El comportamiento de los minerales cuando reciben un golpe seco o una fuerte presión, puede ser de tres tipos:
- Exfoliación: cuando tras recibir un golpe el mineral se rompe según planos y figuras determinadas y regulares. Se habla, en este caso, de exfoliación.
- Fractura: cuando tras recibir un golpe el mineral se rompe de forma irregular. La fractura que puede ser concoidea o concoidal (formando superficies curvas) o también astillosa o fibrosa (con aristas muy marcadas)
- Tenacidad: cuando tras recibir un golpe el mineral se deforma sin romperse. La tenacidad es la propiedad que permite obtener hilos, fibras, láminas delgadas, etc., de los minerales que la poseen.
Propiedades ópticas de los minerales
Indican las diferentes maneras de comportarse los minerales ante la incidencia de la luz. Se incluyen en este grupo propiedades importantes para la determinación y la descripción de los minerales, como la raya, el brillo y el color.
El estudio de estas propiedades se debe hacer siempre en superficies no meteorizadas. Es importante tener en cuenta que, como consecuencia de su exposición al aire, es frecuente que se formen encima de los minerales pátinas (superficies con color de alteración) que pueden enmascarar las propiedades ópticas.
La raya
La raya es el color de un mineral cuando está reducido a polvo. Para estudiar esta propiedad se debe obtener polvo de los minerales, que se puede obtener rascándolos o frotándolos encima una placa de porcelana.
Si por ejemplo, un material tiene una dureza aproximada de 7, únicamente se puede usar con minerales de dureza inferior a este valor. La raya da el verdadero color del mineral, que no siempre es igual al color que se observa en las muestras macroscópicas. Asimismo, las impurezas que a menudo cambian el color de los minerales no afectan a la raya.
El brillo
El brillo es el aspecto que presenta la superficie de un mineral cuando refleja la luz. Cuando la superficie de un mineral tiene un aspecto similar a la de un metal pulido, se dice que tiene brillo metálico, la cual es típica de minerales oscuros o negros, opacos y de raya también oscura. Los elementos nativos y numerosos sulfuros, como la galena o el peine, presentan brillo metálico.
Los minerales que no presentan aspecto de metal pulido se dice que tienen brillo no metálico, la cual es característica de minerales transparentes, incoloros, blancos o claros y de raya también blanca o clara. Hay numerosas variedades de brillo no metálico, las más importantes de las cuales son los brillos vítreos y los brillos adamantinos.
El brillo vítreo es el más frecuente, y lo presentan los minerales con superficies que recuerdan el vidrio, como el cuarzo. El brillo adamantino es propio de minerales con gran poder de reflexión, como el diamante. Otras variedades de brillo no metálico son el brillo nacarado, el brillo resinoso, el brillo sedoso, etc. Los minerales que no presentan brillo denominan minerales mates.
El color
El color no es una propiedad muy importante para la determinación de los minerales, ya que se puede comprobar fácilmente que un mismo mineral puede presentar coloraciones diversas sin que cambie su composición. Esto pasa, por ejemplo, con el cuarzo, el yeso, la calcita, etc. Según el color, pueden ser:
- Minerales idiocromáticos, si tienen un color propio que coincide con la raya
- Minerales alocromáticos, si no presentan color propio.
Densidad de los minerales
La densidad de los materiales se define como la masa de un mineral correspondiente a la unidad de volumen. Es una propiedad importante para la determinación de los minerales. La densidad es siempre relativa, y se expresa en relación a la del agua, que se toma como unidad de referencia. En muchas ocasiones se habla de peso específico en lugar de densidad.
La densidad es una propiedad constante para cada sustancia pura y homogénea que depende de la naturaleza de los átomos que la forman y de la distancia entre ellos. Sin embargo, muchos minerales presentan ejemplares con importantes variaciones en la densidad debido a la presencia de impurezas en su composición química.
La materia cristalina
La gran mayoría de los minerales están formados de materia cristalina. Es decir, materia sólida que tiene sus partículas constituyentes (átomos e iones) dispuestas en una ordenación interna tridimensional y constante.
Muy pocos minerales, como el ópalo, son minerales amorfos, es decir, que sus partículas no presentan ningún tipo de ordenación interna. La cristalografía es la ciencia que estudia la estructura interna y las propiedades de la materia cristalina. Un cristal es un fragmento materia cristalina de forma regular, limitado por caras, aristas y vértices.
La forma externa de los cristales es consecuencia de la ordenación interna de la materia cristalina que los forma. Es importante remarcar que a pesar de que la gran mayoría de los minerales están formados de materia cristalina, rara vez se presentan en forma de cristales macroscópicos.
El proceso de formación de cristales se llama cristalización. La forma más frecuente de los cristales de un mineral se llama hábito cristalino. Es frecuente que los cristales aparezcan agrupados en conjuntos llamados agregados cristalinos y maclas.
De manera más precisa, la materia cristalina se define como un medio sólido periódico, simétrico, homogéneo y anisótropo. Un medio se dice que es periódico cuando es posible delimitar una estructura básica (agrupación de átomos e iones) que por repetición ocupa todo el espacio. El fragmento más simple de materia cristalina que conserva todas sus propiedades se denomina celda unitaria o celda elemental.
Cada tipo de materia cristalina presenta una celda unitaria que tiene una forma y unas dimensiones determinadas, debidas a la disposición y las distancias entre sus partículas constituyentes. Cada celdilla unitaria queda definida por tres vectores, las distancias entre sus átomos, y por tres valores angulares que indican las posiciones de éstos.
Los vectores y los valores angulares son las constantes cristalográficas. Únicamente se conocen 14 tipos diferentes de celdas unitarias. La repetición ordenada y regular de la materia cristalina se denomina simetría.
Los diferentes tipos de materia cristalina y de cristales se agrupan en siete conjuntos, llamados sistemas cristalinos, caracterizados cada uno de ellos por un tipo de celda elemental y por una mínima simetría común.
Clasificación de los minerales
Se conocen más de 2000 minerales, pero únicamente unos cuantos son abundantes en la corteza terrestre. Los minerales se clasifican en numerosos grupos o clases, según su composición química y su estructura. A continuación se indican las principales clases y los minerales más frecuentes de cada una:
- Clase I. Elementos nativos: Esta clase incluye los elementos nativos y sus aleaciones: Cobre (Cu), plata (Ag), oro (Au), grafito (C) y azufre (S).
- Clase 2. Sulfuros: Este grupo incluye minerales como la pirita (Fe S2), Galena (PbS), blenda o esfalerita (ZnS), calcopirita (CuFeS2); cinabrio (HgS)
- Clase 3. Sales haloideas: Halita o sal común (NaCl), carnalita (KMgCL3 . 6H2O), silvina (KCl), fluorita (CaF2).
- Clase 4. Óxidos e hidróxidos: Rutilo (TiO2), hematites (Fe2O3), magnetita (Fe3O4) corindón, Al2O3); casiterita (SnO2), cromita (Cr2FeO4), Oligisto (Fe2O3) limonita (mezcla de óxidos de hierro).
- Clase 5. Carbonatos, nitratos y baratos: Aragonita (CaCo3),calcita (CaCo3), dolomita (CaMg(CO3)2, magnesita (MgCo3); malaquita (Cu2C03(OH)2, azurita (Cu3(CO3)2 (OH)2).
- Clase 6. Sulfatos, cromados. etc.: Yeso (CaSO42H2O), anhidrita (CaSO4), baritina (BaSO4).
- Clase 7. Fosfatos, arseniatos, vanadats y cromados: Apatita (Ca5Fe(PO4)3.
- Clase 8. Silicatos: Los silicatos forman el grupo más abundante de minerales y son los principales constituyentes de las rocas de la corteza terrestre. La unidad estructural de los silicatos es un grupo tetraedro formado por un átomo de silicio rodeado por cuatro átomos de oxígeno. Los silicatos se dividen en los siguientes grupos:
- Nesosilicatos, que incluye la aceituna, los granates y el circón, entre otros.
- Sorosilicatos, que incluye los epidota.
- Ciclosilicatos, entre los que cabe mencionar el berilo y la turmalina.
- Inosilicatos, con los piroxenos y los anfiboles como minerales más frecuentes.
- Filosilicatos, que incluye el talco, las micas (biotita y moscovita), los minerales de la arcilla (montmorillonita, caolinita), etc.
- Tectosilicatos, que incluye el cuarzo (el mineral más abundante en la corteza terrestre), los feldespatos (ortosa y plagioclasas), etc.
Yacimientos minerales
Casi todos los elementos químicos conocidos están presentes en la corteza terrestre, aunque la mayor parte se encuentran en porcentajes muy pequeños. Se ha calculado que, por ejemplo, de un kilómetro cúbico de granito se podrían extraer 200.000 toneladas de níquel, 170.000 de cobre, 600 de plata, etc.
Sin embargo, las limitaciones técnicas y económicas hacen que la explotación de los minerales sólo se realice a los yacimientos minerales, zonas anómalas donde uno o más elementos están presentes en cantidades anormales, muy superiores a los valores medios.
Se calcula que la concentración media de cobre en el conjunto de la corteza terrestre es del 0,007 al 0,01%; esto quiere decir que cada tonelada de roca hay entre 70 y 100 gramos de cobre.
Las rocas más ricas en cobre que se conocen llegan a contener hasta un 15% del metal. Actualmente, los yacimientos explotados, la concentración de cobre oscila entre el 3,5 y el 0,5%, es decir, que los yacimientos rentables la concentración de cobre es de 70 a 500 veces superior a la media del corteza terrestre.
En los yacimientos, los minerales susceptibles de explotación, en función de sus aplicaciones, reciben el nombre de clase, mientras que los minerales acompañantes y que no se aprovechan constituyen la ganga.
Los menas metálicos son los minerales que se explotan con el fin de obtener metales. Los menas no metálicos son los minerales que se explotan para obtener diferentes productos químicos.
Hay que mencionar especialmente los minerales que por su rareza y sus especiales propiedades tienen gran valor y se utilizan en joyería. Son las gemas, como el diamante, la esmeralda, el rubí, el zafiro, etc. Al tratar de las riquezas minerales globales de la Tierra o de una zona determinada, conviene distinguir los recursos de las reservas minerales.
Un recurso mineral es el conjunto de riquezas de un determinado mineral potencialmente explotable suponiendo un progreso de las técnicas de extracción y de tratamiento, o una modificación de los precios y los costes. Por reserva mineral se entiende la parte de un recurso mineral explotable en las condiciones técnicas y económicas actuales.
Los recursos minerales se convierten en reservas a medida que progresa la tecnología minera o cuando hay cambios en los precios de los productos mineros. Los recursos minerales deben ser incluidos dentro de los llamados recursos no renovables, ya que, en general, su velocidad de formación es extraordinariamente más lenta que la de explotación y de utilización.
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