Unpabimodal Documento de Fundamentos Geológicos de la Ingeniería
Mineralogía Física
Fundamentos Geológicos de la Ingeniería – Mineralogía Física
Índice Mineralogía Física.......................................................................................................................... 3 Propiedades que dependen de la morfología del mineral........................................................ 3 Hábito .................................................................................................................................... 3 Color ...................................................................................................................................... 4 Brillo y lustre ......................................................................................................................... 5 Transparencia ........................................................................................................................ 5 Raya o Huella ......................................................................................................................... 6 Fluorescencia y Fosforescencia ............................................................................................. 7 Propiedades que dependen de la estructura cristalina ............................................................ 7 Dureza ................................................................................................................................... 7 Clivaje o Exfoliación............................................................................................................... 8 Fractura ................................................................................................................................. 9 Tenacidad o cohesión............................................................................................................ 9 Propiedades escalares............................................................................................................... 9 Peso específico .................................................................................................................... 10 Propiedades sensoriales.......................................................................................................... 10 Propiedades que dependen del magnetismo, electricidad y radiactividad ........................... 10 Lectura recomendada ................................................................................................................. 11 Bibliografía .................................................................................................................................. 11
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Mineralogía Física
Minerales Un mineral se define como un sólido inorgánico de origen natural, con propiedades físicas y químicas determinadas formado por un proceso inorgánico, con composición química definida aunque no fija y estructura interna ordenada. Un mineral posee una disposición ordenada de átomos de los elementos de que está compuesto, y esto da como resultado el desarrollo de superficies planas conocidas como caras. Si el mineral ha sido capaz de crecer sin interferencia, las caras pueden intersecarse para producir formas geométricas características, conocidas como cristales. Se ha demostrado que la forma geométrica de un mineral cristalizado es la expresión externa de su estructura molecular interna. La estructura interna controla muchas de las propiedades físicas. Todas las propiedades de un mineral dependen el carácter de los elementos de los que está compuesto. Identificación de los minerales La determinación de las propiedades físicas de un mineral, es la primera observación que realizamos a los efectos de su reconocimiento Resumimos a continuación algunas de las propiedades físicas de los minerales:
Propiedades que dependen de la morfología del mineral Hábito
Se refiere a la forma o hábito con el cual cada mineral se presenta en la naturaleza.de cada uno. Cuando los cristales crecen sin interferencias, adoptan formas relacionadas con su estructura interna. La forma general de los cristales de un mineral se llama hábito y algunas veces es útil para la identificación del mismo. Existen varios tipos entre ellos tenemos: Los cristales pueden presentarse en forma individual o como agregados. En ambos casos su forma puede ser como sigue: a. Alargados en una dirección. • •
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Prismático:como los piroxenos, anfíboles, plagioclasas, andalucita. Acicular: compuesta de delicados y finos cristales en forma de aguja, ej. Natronita. Arborescente: agregados de cristales en forma de árbol o rama. Ej. Cobre. Capilar: compuesto de cristales muy finos o en forma de cabellos. Columnar: compuesto de columnas o fibras gruesas, con frecuencia en grupos paralelos. alargado en una dirección semejante a las columnas. Los cristales de coridón y los de cuarzo generalmente tienen hábito columnar. Dendrílico: estructura en forma de rama o de helecho. Ej. Manganita. 3
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Fibrosos: se compone de fibras o filamentos finos. Ej. asbesto. Filiforme: compuesto de alambres finos, con frecuencia retorcidos o curvados. ej. plata. Reticulado: compuesto de fibras que se cruzan en mallas, como en una red. Ej. Plata.
b) Alargados en dos direcciones. •
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Foliado: similar a las hojas, que fácilmente se separan en hojas como la muscovita. Hojoso: estructura tabular o en lámina, las partes individuales se parecen a hojas de cuchillo o a hierba. Las hojas pueden ser paralelas o divergentes. Ej. Distena. Micáceo: compuesto de láminas o escamas muy delgadas, como las de la mica. Tabular: alargado en una dirección y compuesto de superficies anchas y lisas, en forma de tableta como la estibinita, hornblenda, celestina.
c) Equidimensionales de similares dimensiones. •
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Amigdaloide: masa de minerales en forma de almendra, que aparecen en cavidades en las lavas. Ej. cobre. Botroidal o arracimado: grupo de masas globulares, masas esféricas muy unidas, que se parecen a un manojo de uvas. Ej. Psilomelano. Concéntrico: capas esféricas alrededor de un centro común, similar a las capas de una cebolla. Ej. Ágata. Concrecional: masas redondas o nodulares. Ej. Pedernal. Drúsido: superficie basta debido a un gran número de cristales pequeños muy apretados. Ej. Scheelita, cuarzo, calcita Globular: esférico o casi esférico. Granular: compuesto de granos muy finos, que pueden ser gruesos o finos. Isométricos: los que cristalizan en el sistema cúbico. Por ejemplo: pirita, fluorita, halita, Mamelar: masas grandes y redondas, mayores que racimos. Masivo: compacta, irregular, sin ningún hábito sobresaliente. Nodular: masas redondas de forma irregular. Ej. Pedernal. Reniforme: compuesto de masas grandes, redondas, que se parecen a un riñón. Ej. Hematita. Propiedades que dependen de la luz
Entre ellas se pueden mencionar el color del mineral, el brillo y el lustre, la raya, la transparencia, la fluorescencia y la fosforescenciaColor
El color es una de las características de los minerales más llamativas y generalmente es la primera propiedad observada en los minerales. Generalmente el color no es una propiedad diagnóstica para la identificación de un mineral ya que presentan distintos colores debido a la aparición de impurezas en su formación.
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Algunos minerales tienen color constante y se llaman idiocromáticos. Otros tienen colores que varían mucho. Esta variación se debe a la presencia de pigmentos, inclusiones y otras impurezas. Dichos minerales se llaman alocromáticos. En los minerales idiocromáticos el color es una propiedad inherente pues constituye un agente de pigmentación. Ejemplos: el azufre es amarillo, la malaquita es verde, la magnetita es de color negro, la pirita, de color amarillo latón En los minerales alocromáticos, el color puede variar mucho. Estos minerales, cuando son puros, no tienen color o son blancos. Esta variación se debe a las impurezas de pigmentación en las partículas submicroscópicas o a inclusiones de otros minerales coloreados. Por ejemplo el cuarzo puro no tiene color. El cuarzo presnta variedades de colores tales como citrino (amarillo), amatista (violeta), prasio( verde), ahumado (gris), rosado (rosa), etc. Brillo y lustre
Es el aspecto ofrecido por la superficie de un mineral al reflejar la luz. Para clasificar el tipo de brillo se utilizan nombres de objetos conocidos con un brillo parecido. Cuando
la luz se refleja sobre la superficie de un mineral, esta puede tomar un aspecto brillante. Se suele reconocer en los minerales dos tipos de brillos: Metálico y No Metálico. Debido a que la diferenciación entre ambos tipos a veces no es sencilla, se suele describir un tercer tipo: Submetálico. Para los minerales con brillo No Metálico se emplean diversos calificativos para describir el lustre que presentan, tales como: Vítreo: Perlado: Nacarado Graso: Adamantino: Sedoso: Terroso
feldespato, calcita, topacio, cuarzo calcita, mica calcita, yeso cuarzo, blenda o esfalerita clara talco, pirofilita yeso
Transparencia
Un mineen ural es transparente cuando deja pasar los rayos luminosos se refractan en una lámina del mismo con un espesor de 0.03 mm. Es opaco si refleja la luz en ese espesor y traslucido si permite refractar y reflejar la luz. Transparentes: cuarzo, feldespato mica, calcita, yeso, fluorita, diamante. Opacos: pirita oro, plata, grafito, magnetita Translucidos: algunos minerales de cobre. 5
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Raya o Huella
Es el color del polvo fino de un cristal y frecuentemente se ha usado en la determinación de minerales. Aunque el color de los minerales varíe, el de la raya suele ser constante. El color de la raya se determina por corte, limado o rasguño. Una raya de longitud de ¼ de pulgada es generalmente suficiente para determinar su color. La lámina de raya no se puede emplear con minerales de una dureza de 7 o más, pues estos minerales son más duros que la lámina. Cuando no se puede emplear la lámina de raya ésta se puede determinar estrujando una pequeña cantidad de muestra hasta hacerla polvo fino y examinado para ver su color, sin ayuda o con una lente de mano sobre un fondo claro tal como un trozo de papel o una uña. Algunos minerales que tienen el mismo color, tienen rayas diferentes.
Lapislázuli
Hematita
Esfalerita
Oro
Malaquita
limonita
Azurita
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Los siguientes tres minerales de hierro pueden ser todos negros, pero se distinguen con facilidad por sus rayas respectivas:
hematita ( Fe2O3) goethita (HFeO2) magnetita (FeFe2O4)
pardo rojizo; pardo amarillento; negra.
La raya se produce cuando se frotan los minerales blandos contra porcelana sin brillo. Esta raya es útil para distinguir el grafito que tiene una raya negra brillante, de la molibdenita que tiene una raya verdosa. Fluorescencia y Fosforescencia
Algunos minerales se iluminan al ser expuestos a la acción de rayos X, catódicos o ultravioletas, denominándose a este fenómeno fluorescencia. Ejemplos: fluorita. Si la luminosidad perdura después de cesada la acción de los mencionados rayos, se dice que el mineral es fosforescente. Algunas variedades de calcita, scheelita.
Propiedades que dependen de la estructura cristalina Las propiedades que dependen de la estructura cristalina son la dureza, el clivaje o exfoliación, la fractura y la tenacidad. Dureza
Es la resistencia que opone una superficie lisa de un mineral a ser rayado. Varían según la dirección considerada y, en ocasiones, también según el sentido. Una superficie blanda se raya con más facilidad que una dura; de esta forma un mineral duro, como el diamante, rayará uno blando, como el grafito, mientras que la situación inversa nunca se producirá. La dureza se puede medir de dos maneras: • •
en forma absoluta, utilizando un aparato llamado durómetro o esclerómetro, en forma relativa, comparando la dureza del mineral estudiado con otros de dureza conocida. Es el método más rápido.
Se efectúa empleando la Escala de Dureza de Mohs que está compuesta por diez minerales, ordenados correlativamente desde el más blando (talco) al más duro (diamante): La dureza relativa de los minerales se determina gracias a la escala de dureza de Mohs, nombre del mineralogista alemán Friedrich Mohs que la ideó. En esta escala, diez minerales comunes están clasificados en orden de creciente dureza recibiendo un índice de 1 a 10 como sigue en la figura 1. Figura 1: Minerales que forman la Escala de Mohs
1Talco
2 Yeso
3 Calcita
4 Fluorita
5 Apatita 7
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6 Ortosa
7 Cuarzo
8 Topacio 9 Corindón 10 Diamante
Estos diez minerales se pueden también agrupar en: •
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Muy blandos: se rayan con la uña. Son los que tienen dureza 1 y 2, son rayados por la uña. Blandos: se los puede rayar fácilmente con un cortaplumas o con un vidrio. Son los de dureza 3 (se raya con una moneda de cobre) y 4. Semi-duros: se rayan con dificultad con un clavo o con un cortaplumas. Son los de dureza 5 y 6; el apatito, 5; (se raya con la hoja de un cuchillo o el cristal de una ventana); Duros y muy duros: rayan al vidrio y al acero: la ortosa - feldespato -, 6; cuarzo, 7; topacio, 8; corindón, 9, estos minerales rayan la hoja de un cuchillo o el cristal de una ventana; el diamante 10, raya todos los materiales comunes.
Para determinar la dureza se va probando progresivamente con los distintos minerales de la escala. Por ejemplo, si el mineral problema es rayado por la fluorita -dureza: 4- y a su vez ese mineral raya a la calcita -dureza: 3- significa que dicho mineral tiene una dureza relativa entre 3 y 4. Los joyeros utilizan lápices especiales que contienen puntas de los minerales de la escala antes mencionada, con el fin de verificar si es una gema auténtica o en su defecto una genuina imitación.
Clivaje o Exfoliación
Es la propiedad que presentan algunos minerales de separarse, según ciertos planos planos que son superficies planas y paralelas a las caras reales.- cuando son golpeados. Ejemplos: mica, calcita, galena, ortosa, fluorita y yeso. 8
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Fractura
Es la forma irregular en que se presenta la superficie de un mineral al romperse. Cuando un mineral se rompe lo puede hacer de diversas formas: •
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Laminar o fibrosa: cuando presenta una superficie irregular en forma de
astillas o fibras. Ejemplo: la actinolita. Concoidea: la fractura presenta una superficie lisa y de suave curva, como la que muestra una concha por su parte interior. Ejemplos: cuarzo y obsidiana. Las fracturas están en relación con el punto de aplicación de la fuerza y tienden a formar superficies curvas que se describen como concoidales. Los hombres primitivos descubrieron que el pedernal podría romperse en hojas delgadas limitadas por superficies concoidales, que se intersecaban formando bordes muy filosos. Ganchuda: cuando se produce una superficie tosca e irregular, con bordes agudos y dentados. Ejemplos: magnetita y cobre nativo. Lisa: es la que presenta una superficie lisa y regular. Terrosa: es la que se fractura dejando una superficie con aspecto granuloso o pulverulento como caolín. Irregulares.- las superficies son más desiguales. Ejemplo la rodaita. Las superficies de fractura tienen muchos puntos agudos y bastantes irregulares. Astillosa: el mineral se rompe en astillas o fibras. Ejemplo pectolita.
Tenacidad o cohesión La tenacidad o cohesión es el mayor o menor grado de resistencia que ofrece un mineral a la rotura, deformación, aplastamiento, curvatura o pulverización. Se distinguen las siguientes clases de tenacidad:
Frágil: es el mineral que se rompe o pulveriza con facilidad. Ejemplos: cuarzo,
diamante, azufre. Maleable: el que puede ser extendido en láminas o planchas. Ejemplos: oro, plata, platino, cobre, estaño. Dúctil: el que puede ser reducido a hilos o alambres delgados. Ejemplos: oro, plata y cobre. Flexible: si se dobla fácilmente pero, una vez deja de recibir presión, no es capaz de recobrar su forma original. Ejemplos: yeso y talco. Elástico: el que puede ser doblado y, una vez deja de recibir presión, recupera su forma original. Ejemplo: la mica.
Propiedades escalares Están perfectamente definidas por el número que exprese su medida y son independientes de la dirección.
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Peso específico Se lo define como la relación existente entre el peso de una cierta cantidad de mineral y el de un volumen igual de agua destilada a 4º C.
Este peso depende de varios factores, tales como la composición química y la estructura cristalina. Existen minerales que, a pesar de tener idéntica composición química, tienen distinto peso específico. Se usan varios métodos para medirlo, utilizando instrumentos como el picnómetro o líquidos pesados. Tabla 2: Comparación de los pesos específicos de distintos minerales Mineral Aragonito Baritina Cerusita
Composición
Peso Atómico del Catión
P.e.
Co3Ca CO3Ba CO3Pb
40.08 137.34 207.19
2.95 4.29 6.55
Depende de la clase de átomos y de la manera en que están empaquetados. Así para un mismo anión, el P.e. varía de acuerdo al peso atómico del catión. La influencia de la estructura de empaquetamiento queda de manifiesto en las sustancias polimorfas. El Diamante, cúbico, con un P.e. de 3.5, tiene la misma composición que el Grafito, Carbono (C). El grafito, que cristaliza en el sistema hexagonal, tiene un P.e. de 2.2. La diferencia se debe al empaquetamiento más apretado del Diamante.
Propiedades sensoriales
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Sabor: por ejemplo, salado en la halita o sal gema. Olor: por ejemplo, olor a ajo en los minerales de arsénico al ser calentados. Tacto: áspero, untuoso, etc.
Propiedades que dependen del magnetismo, electricidad y radiactividad El calor no se propaga en un mismo mineral con la misma velocidad en todas direcciones. Existen minerales que son buenos conductores del calor y otros poseen mala conductibilidad. Magnetismo: propiedad por la cual un mineral es atraído por un imán. Por ejemplo,
magnetita (Fe3O4) y la pirrotina (SFe).
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Electricidad: se puede desarrollar por frotación -triboelectricidad- o calentamiento -
piroelectricidad-. Piroelectricidad: es la propiedad de algunos minerales de emitir cargas eléctricas positivas y negativas en distintas regiones del cristal cuando son calentados. Por ejemplo el cuarzo.Piezoelectricidad: Un mineral es piezoeléctrico cuando produce una descarga eléctrica al ser presionado según ciertas direcciones cristalográficas, por ejemplo el Cuarzo.
Radiactividad: los minerales que lleven en su composición algún elemento radiactivo
-Uranio o Thorio- emiten radiaciones que son captadas por detectores especiales contador Geiger-. Ejemplo: uraninita
Lectura recomendada Tarbuck, E. y Lutgens, F. Ciencias de la Tierra Capítulo 2: Materia y Minerales. Editorial Prentice Hall. 1999.
Bibliografía Angelelli, V. et al. Descripción del mapa metalogenético de la República Argentina-Minerales metalíferos. Dirección Nacional de Geología, 1970. Angelelli, V.; Brodtkorb, M.; Gordillo, C.; Gay, H. Las especies minerales de la República Argentina. Servicio Minero Nacional, 1983. Anguita Virella, F. Origen e historia de la tierra. Editorial Rueda, Madrid, 1988. Bateman, Alan. Yacimientos Minerales de Rendimiento Económico, Editoral Omega, 3°edición, 1968. Caminos, Roberto (ed). Geología Argentina. SEGEMAR. Anales Nº29, 1999. Dana y Hurlbut. Manual de Mineralogía. Font-Altaba, M. y San Miguel Arribas, A. Atlas de Geología, 1972. Brodtkorb, M.. Nueva edición de las Especies Minerales de la República Argentina. Anexo 1981-199. http://www.etsimo.uniovi.es/solar/cap/earth/earthfg2.htm www.redmineraatacama.uda.cl www.losminerales.com/minerales.phtml
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