Mineralogía
Caracterización de las Sustancias Minerales
2.3.1.1 Color y Raya
Todas las sustancias interaccionan con la luz absorbiendo una parte de la energía que reciben y transmitiendo el resto. El color de las sustancias es el resultado de la combinación de las longitudes de onda que transmiten.
Según la naturaleza del color, las sustancias pueden clasificarse en dos tipos:
- IDIOCROMÁTICAS: El color está directamente relacionado con la naturaleza química de sus componentes, de tal forma que es invariable y característico en cada compuesto. Por ejemplo la malaquita es siempre verde, la azurita es azul, el cinabrio es rojo, el oropimente es amarillo, etc.
- HALOCROMÁTICAS: Pueden presentar varios colores debido a la existencia de impurezas, inclusiones, defectos en las estructuras cristalinas, etc. El cuarzo presenta por diversas razones, una gran cantidad de colores diferentes (ahumado, citrino, rosa,...).
En relación con las sustancias halocromáticas, es importante comentar que existen algunos elementos químicos cuya presencia, aún en concentraciones muy pequeñas, puede proporcionar intensas coloraciones en sustancias que, de por sí, son incoloras. Tales elementos son los denominados cromóforos y algunos de los más importantes son: Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu y algún otro. Una de las características comunes de todos los elementos cromóforos, es la de poseer orbitales atómicos tipo d sin completar. Son elementos o metales de transición. Esto es importante, ya que la diferencia de energía entre dos niveles electrónicos puede ser muy parecida a la aportada por una radiación visible, y dada la parcial ocupación de los orbitales d, son posibles los saltos electrónicos entre niveles, con lo cual será observable el color complementario a la radiación absorbida durante el mencionado salto. Así, por ejemplo, la presencia de Cr en el corindón provoca el color rojo del rubí, si además existe Fe el color es algo marrón. Si las impurezas del corindón son de Co o de Ti, aparece la coloración azul del zafiro. Si en los berilos hay algo de Cr, aparece la coloración verde da la esmeralda pero si el elemento presente es el Cs, el color que adquiere es amarillo anaranjado. Pero también hay elementos que no son de transición cuya presencia puede provocar, en algún caso, diferentes coloraciones.
La coloración de ciertas sustancias puede estar causada por la existencia de diversos defectos en la estructura cristalina, como los Centros de Color (Centros F), que consisten en la aparición de desequilibrios de cargas en una determinada zona, produciéndose transiciones electrónicas con gran facilidad y que provocan la aparición de color. Por este motivo, algunos minerales cambian de color cuando se calientan o se someten a ciertas radiaciones. También se consideran causas de la aparición de color ciertos fenómenos de interferencia que se dan en minerales con estructura laminar, o las transiciones electrónicas entre cationes diferentes o dos estados de valencia de un mismo elemento (transiciones entre orbitales moleculares).
Un mineral presenta irisaciones cuando en la superficie pueden observarse distintas coloraciones, independientemente de la dirección en que se observe.
Las pigmentaciones están causadas por la presencia de pequeñas partículas coloreadas en un mineral que es incoloro, blanco o con coloraciones suaves. Uno de los ejemplos más conocidos es el cuarzo rojo o hematoide (Jacinto de Compostela), en el cual la coloración rojiza está provocada por pequeñas partículas de hematite.
Se denomina raya al color característico que presenta un mineral cuando se pulveriza o se raya con un objeto punzante más duro que él. Tal color corresponde al que tendría el mineral sin alterarse por el contacto con la atmósfera, por lo tanto es un importante medio de diagnóstico.
Los minerales idiocromáticos tienen la raya del mismo color que la superficie (con mayor o menor intensidad), mientras que la raya de los minerales halocromáticos suele ser blanca o gris. Los minerales más o menos incoloros y transparentes tienen raya blanca, los minerales oscuros con brillo no metálico presentan la raya más clara que la superficie y los que tienen brillo metálico tienen la raya más brillante que la parte externa.
Caracterización de las Sustancias Minerales
2.3.1.2 Brillo
El brillo es una propiedad relacionada con la reflexión de la luz que incide sobre la superficie del mineral y que no depende esencialmente del color. El tipo y la intensidad de brillo de una sustancia depende de la relación entre la luz absorbida y la luz reflejada, así como del índice de refracción. Se sabe que el brillo está relacionado con la naturaleza química de la materia, de tal modo que éste es más intenso en sustancias que poseen enlaces metálicos, mientras que es menor en las que poseen enlaces iónicos o covalentes. Los minerales pueden presentar, en principio tres tipos de brillo:
Diafanidad
Está relacionada con el comportamiento de la luz que atraviesa la materia. Se pueden dar tres tipos de comportamiento:
- Un mineral es TRANSPARENTE (por ejemplo, el cuarzo) cuando permite el paso del haz luminoso en su práctica totalidad. En otros términos, permite observar una imagen que procede del otro lado.
- Un mineral es TRASLÚCIDO (por ejemplo, la calcita) cuando deja pasar una parte de la luz que le llega y las imágenes no se pueden distinguir.
- Un mineral es OPACO (por ejemplo, la galena) cuando no deja pasar nada de luz.
Entre estos tres términos pueden existir matices que pueden servir para afinar más una determinada situación, como por ejemplo, semitransparente o semiopaco. Pero por comodidad y para fines cualitativos se emplean muy poco. Esta propiedad puede medirse de forma cuantitativa por espectrofotometría.
Hábito
El hábito se refiere al aspecto que presentan los minerales, ya sea en cristales aislados, en agregados cristalinos o en masas. El hábito que adquiere un mineral, se encuentra condicionado por factores externos, como por ejemplo la temperatura, la presión o la composición química del sistema en el que se ha desarrollado. Es importante distinguir el hábito de la forma cristalina, también llamada clase de simetría o grupo puntual, ya que ésta se encuentra relacionada únicamente con la naturaleza química, es decir, con la composición y con la estructura.
Para describir el hábito de los minerales se utilizan distintos términos en el caso de cristales, agregados y masas.
Los cristales pueden ser:
- ACICULARES: Largos y delgados, como agujas: natrolita o millerita. Ver figura.
- CAPILARES: Hebras finas como cabellos: crisotilo. Ver figura.
- APLANADOS o ENSIFORMES: Con forma de cuchilla o de espada: cianita. Ver figura.
- FILIFORMES: Como alambres, a veces retorcidos: plata. Ver figura.
- TABULARES, LAMINARES u HOJOSOS: Con aspecto de tablillas, láminas u hojas: micas, (moscovita, biotita). Ver figura.
- PIRAMIDALES o BIPIRAMIDALES: Con forma de pirámide o de bipirámide (hexagonal, cuadrada, triangular): Jacinto de Compostela o cuarzo bipiramidado. Ver figura.
- PRISMÁTICOS: Con forma de prismas: berilo. Ver figura.
Además se emplean otros términos, que aunque especifican la forma geométrica, no se refieren a la clase cristalina o forma cristalina a que pertenecen. Así por ejemplo, se consideran términos para el hábito: Cubos,pseudocubos, octaedros, tetraedros, romboedros, pentagonododecaedros.
Los agregados o asociaciones de cristales, iguales o diferentes, pueden ser:
- DENDRÍTICOS (DENDRITAS): Como las ramas de un árbol (arborescente) o como los musgos: pirolusita y oro. Ver figura.
- RETICULARES: Cristales finos entrecruzados formando redes: ciertas micas o antimonita. Ver figura.
- RADIALES o DIVERGENTES: Disposiciones alrededor de un punto central: natrolita. Ver figura.
- HOJOSOS o FOLIADOS: Agrupaciones de cristales laminares o tabulares. En los agregados micáceos los cristales laminares se disponen de forma paralela, haciendo posible la exfoliación o fácil separación de las láminas: mica. Ver figura.
- FIBROSOS: Los cristales se presentan en agrupaciones de tipo fibroso, tanto radiales (fibroso-radiales), Wavellita, como paralelas (fibrosos). Yeso fibroso. Ver figura.
- DRUSAS: Los cristales recubren superficies del mismo o de otro mineral: calcita. Ver figura.
- PLUMOSOS: Los cristales, bien tabulares o bien aciculares se disponen en forma divergente, dando lugar a un aspecto parecido al que se observa en las plumas de las aves: boulangerita, jamesonita. Ver figura.
- GEODAS: En el interior de una cavidad se alojan, sin llenarla, cristales con formas diversas, generalmente pequeños: cuarzo, amatista. Ver figura.
Las maclas son un tipo de agregado formado por dos cristales de un mismo mineral con la misma forma y que han crecido juntos o mezclados.
- Las MACLAS DE CONTACTO o DE YUXTAPOSICIÓN: presentan una superficie de unión definida que separa los cristales. Ver figura.
- Las MACLAS DE PENETRACIÓN: están formados por cristales interpenetrados con una superficie de unión irregular. Ver figura.
Las maclas formadas por más de dos cristales se llaman múltiples, poligeminadas o polisintéticas. Las maclas se suelen denominar de forma característica (Karlsbad, Baveno, Pico de estaño, etc.).
Los agregados uniáxicos son un conjunto de cristales unidos por un eje, Estaurolita.
Para las masas se emplean los términos siguientes:
- MACIZAS, INFORMES o COMPACTAS: Sin ningún aspecto determinado: hematite. Ver figura.
- GRANULARES: Masas formadas por pequeños granos de mineral. Si parecen terrones de azúcar se llaman sacaroides: yeso sacaroide. Ver figura.
- BANDEADAS: El mineral aparece formado por bandas con diferente textura y color: cuarzo. Ver figura.
- BOTROIDALES: Formas globulares o esferoidales agrupadas con el aspecto que presentan los racimos: cuarzo. Ver figura.
- RENIFORMES o ARRIÑONADAS: Disposiciones radiales que originan superficies redondeadas con aspecto de riñón: hematites o hierro arriñonado. Ver figura.
- MAMILARES: Amplias superficies esferoidales entrecruzadas: malaquita. Ver figura.
- COLOFORMES: Incluye todas las agrupaciones globulares, mamilares, etc.
- AMIGDALOIDES: El mineral aparece formando nódulos con forma de almendra: ceolita. Ver figura.
- ESTALACTÍTICAS: Disposición en forma de cilindros o de conos: calcita. Ver figura.
- PISOLÍTICAS u OOLÍTICAS:. El mineral está formado por masas redondeadas, grandes o pequeñas: calcita. Ver figura.
- CONCRECCIONADAS o NODULARES: Se destacan masas esféricas e incluso irregulares: cobre. Ver figura.
- TUBEROSAS: Superficies redondeadas irregulares, con aspecto de raíces: aragonito flos-ferri. Ver figura.
Exfoliación y Fractura
Al aplicar a una sustancia una fuerza superior a su resistencia, se produce una ruptura. En función de como sea esa ruptura, hablaremos de dos términos:
- EXFOLIACIÓN: La ruptura da lugar a superficies más o menos lisas, que coinciden con caras reales.
- FRACTURA: La ruptura origina formas irregulares.
Para la exfoliación se emplean los términos siguientes:
- PERFECTA: El mineral se deja separar en láminas con gran facilidad y sin esfuerzo, tal como la mica o el yeso.
- BUENA, NOTABLE o FÁCIL: Es fácil exfoliar el mineral con un golpe. Muchas veces aparecen formas geométricas en los trozos de la ruptura, en este caso pueden utilizarse estas formas para adjetivar el tipo de exfoliación.
- MEDIANA: En los trozos de mineral pueden observarse planos de exfoliación dispuestos de forma aleatoria.
- IMPERFECTA: Es costoso conseguir la exfoliación.
- DIFÍCIL: Resulta muy difícil exfoliar el mineral. Prácticamente no presenta exfoliación.
Al ser una propiedad direccional, la dificultad y el resultado de tal ruptura puede ser muy distinto según la dirección cristalográfica seguida.
No debe confundirse la exfoliación con la partición, ya que esta última se refiere a la separación, mediante planos de macla de los individuos de un agregado.
Para definir la fractura se emplean los términos siguientes:
- CONCOIDEA: Se forman superficies cóncavas o convexas de relieve suave.
- LISA: Superficies planas, suaves y sin asperezas.
- DESIGUAL o IRREGULAR: Aparecen superficies irregulares.
- FIBROSA o ASTILLOSA: El mineral se rompe como lo haría una madera, formando astillas.
- GANCHUDA: Las superficies aparecen dentadas.
- TERROSA: El mineral se desmorona como un terrón.
Tenacidad
Es la resistencia que opone un material a ser roto, molido o doblado. Este término no debe confundirse con el de dureza, la cual se refiere a la resistencia que opone un mineral a ser rayado. Para describir la tenacidad se emplean los términos siguientes:
- FRÁGIL: El mineral se rompe con facilidad y se hace trozos con poco esfuerzo.
- MALEABLE: El mineral se lamina mediante golpes.
- SÉCTIL: El mineral se secciona con una cuchilla formando virutas.
- DÚCTIL: El mineral se estira convirtiéndose en un hilo.
- FLEXIBLE: Cuando el mineral es doblado y no recupera su forma al cesar el esfuerzo.
- ELÁSTICO: Cuando el mineral es doblado, recupera su forma al cesar el esfuerzo.
Dureza
La dureza es la resistencia que opone la superficie de un mineral a ser rayado con un objeto punzante más duro que él. Esta resistencia depende de la dirección por la que discurra la raya, ya que es una propiedad muy relacionada con la estructura. Realmente es complicado medir exactamente la dureza de un mineral.
Aunque existen varias formas de medir la dureza, cada una de las cuales presenta una escala numérica, por lo general se emplea el método de comparación con los minerales que se establecen en la Escala de Mohs (1824):
| NÚMERO | MINERAL TIPO | OBSERVACIONES |
|---|---|---|
| 1,00 | Talco | Se raya con la uña |
| 2,00 | Yeso | Se raya apretando con la uña |
| 3,00 | Calcita | Se raya con el Cobre |
| 4,00 | Flourita | Raya al cobre, pero no al vidrio |
| 5,00 | Apatito | Raya ligeramente al vidrio |
| 6,00 | Ortosa | Raya al vidrio. No le raya la navaja |
| 7,00 | Cuarzo | Se raya difícilmente con el acero |
| 8,00 | Topacio | Raya al vidrio y al cuarzo |
| 9,00 | Corindón | Sólo se raya con esmeril |
| 10,00 | Diamante | Raya a todo, nada le raya |
Generalmente los minerales presentan un intervalo de dureza que incluye todas las posibilidades en cuanto a la orientación de la raya.
La dureza es una propiedad importante cuando se trata de piedras preciosas (gemas), puesto que una de las características que han de poseer las gemas, es la de mostrar una dureza mayor o igual que 7, en la Escala de Mohs.
Existen otras escalas de dureza usadas en Metalografía y en otras áreas, pero que raramente se emplean en Mineralogía (Vickers, Rosiwal, Knoop, Brinell, Rockwell). Todas ellas pueden relacionarse numéricamente con la deMohs:
| Escala de Mohs | Dureza de Vickers (Kgf/mm2) |
|---|---|
| 1,00 | 50,00 |
| 2,00 | 80,00 |
| 3,00 | 130,00 |
| 4,00 | 200,00 |
| 5,00 | 320,00 |
| 6,00 | 500,00 |
| 7,00 | 800,00 |
| 8,00 | 1300,00 |
| 9,00 | 2000,00 |
| 10,00 | 10000,00 |
Densidad
Es una propiedad de la materia que está muy relacionada con el tipo y disposición de los átomos en el retículo cristalino. La densidad expresa la relación entre la masa de una sustancia y el volumen que ocupa. Suele medirse en g/c.c., pero lo normal es expresar la densidad relativa a la del agua a 4 ºC (aproximadamente 1 gr/c.c.) y el valor será adimensional (sin unidades).
Debido a que los minerales suelen contener impurezas, y a que la fórmula química teórica puede variar dentro de ciertos límites, generalmente se considera que puede existir un entorno alrededor del valor teórico, o del calculado a partir de la sustancia pura que forma el mineral.
Teniendo en cuenta la relación existente entre la naturaleza de una sustancia y su densidad, se puede comprender que, en algunos casos, la evaluación, aunque sea aproximada, de densidades muy extremas puede constituir un dato sobre su posible composición. Así por ejemplo, los minerales de plomo y de wolframio, son bastante densos. Pero esto no debe considerarse más que una indicación, sin llegar a ser determinante, para su posible identificación.
Para la medida de la densidad se emplean varios métodos, tales como balanzas especiales, picnómetros, o líquidos densos (bromoformo, diyodometano, Licor de Clerici, tetrabromoetano, Licor de Thoulet, Licor de Rohrbach,...).
Fusibilidad
Las temperaturas de fusión de las sustancias constituyen, en algunos casos, una propiedad muy útil para su identificación. En el caso de minerales, dado que los puntos de fusión suelen ser muy altos y de difícil acceso, la determinación de los mismos no suele ser un sistema seguro de diagnóstico. Sin embargo, sí es posible una determinación aproximada de las temperaturas de fusión (p.f.) mediante comparación con una serie de minerales cuyo punto de fusión es conocido. En ello se basa la Escala de Von Kobell:
| NÚMERO | MINERAL TIPO | p.f (ºC) | OBSERVACIONES |
|---|---|---|---|
| 1,00 | Antimonita | 525,00 | Funde con una cerilla |
| 2,00 | Natrolita | 800,00 | Funde con mechero de gas |
| 3,00 | Almandino | 1050,00 | Sólo funden trozos pequeños |
| 4,00 | Actinolita | 1200,00 | Funde al soplete |
| 5,00 | Ortosa | 1300,00 | Funde difícilmente al soplete y se redondean los cristales |
| 6,00 | Broncita | 1400,00 | Sólo funden trozos pequeños |
| 7,00 | Cuarzo | 1710,00 | Infusible al soplete |
Luminiscencia
Se define la luminiscencia como aquella emisión de luz, producida cuando se somete a una sustancia a acciones mecánicas, térmicas, químicas o a radiaciones excitatrices. Basándose en las causas que producen la luminiscencia se emplean los términos siguientes:- TRIBOLUMINISCENCIA: Se produce una emisión de luz cuando se fragmenta o tritura una porción de sustancia. Algunos minerales que suelen presentar triboluminiscencia son: Fluorita, blenda o esfalerita, ambligonita, calcita, lepidolita y ciertos feldespatos. Por lo general se trata de minerales con exfoliación fácil.
- TERMOLUMINISCENCIA: Se produce una emisión de luz cuando se calienta el mineral por debajo de su temperatura de fusión. Son minerales termoluminiscentes: ciertas variedades de la fluorita, calcita, escapolitas, apatito, lepidolita y feldespatos.
Es importante señalar, que estos fenómenos pueden observarse sólo en algunos ejemplares, por lo cual la falta de luminiscencia no es determinante.
Cuando incide sobre las sustancias una radiación y emiten luz, se tienen dos casos:
Propiedades Magnéticas (Magnetismo)
Ante un campo magnético, las sustancias pueden presentar los siguientes comportamientos:
- SUSTANCIAS MAGNÉTICAS son atraídas o repelidas:
- FERROMAGNÉTICAS y PARAMAGNÉTICAS: Son atraídas.
- DIAMAGNÉTICAS: Son repelidas.
- SUSTANCIAS NO MAGNÉTICAS no son influidas:
Las sustancias que presentan poca permeabilidad magnética han de ser introducidas en campos magnéticos de gran intensidad para que su comportamiento sea observable.
En 1948, Taggart estableció una clasificación de los minerales basándose en su permeabilidad magnética relativa al hierro, el cual se considera como la sustancia más magnética, como se muestra en la siguiente tabla:
| TIPO DE MAGNETISMO | MINERAL | PERMEABILIDAD RELATIVA |
|---|---|---|
| Ferromagnéticos | Hierro | 100 |
| Magnetita | 40,18 | |
| Franklinita | 35,38 | |
| Ilmenita | 24,7 | |
| Paramagnéticos | Pirrotina | 6,69 |
| Siderita | 1,82 | |
| Hematites | 1,32 | |
| Goethita | 0,84 | |
| Pirolusita | 0,71 | |
| Diamagnéticos | Granates | 0,4 |
| Cuarzo | 0,37 | |
| Cerusita | 0,3 | |
| Pirita | 0,23 | |
| Dolomita | 0,22 | |
| Mispiquel | 0,15 | |
| Magnesita | 0,15 | |
| Calcopirita | 0,14 | |
| Yeso | 0,12 | |
| Cinabrio | 0,1 | |
| Cuprita | 0,08 | |
| Smithsonita | 0,07 | |
| Ortosa | 0,05 | |
| Galena | 0,04 | |
| Calcita | 0,03 |
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