MÉTODOS DE ANÁLISIS MINERALÓGICO

PESO ESPECÍFICO

Se denomina peso específico de un mineral al cociente entre su peso y el peso de un volumen equivalente de agua a 4ºC (condiciones de máxima densidad del agua), siendo un valor adimensional. Por el contrario, la densidad relativa es un valor equivalente correspondiente a la masa por unidad de volumen y viene expresado en unidades tales como g/cm³.
El peso específico es una propiedad intrínseca y constante para un mineral de composición química determinada y depende basicamente de dos factores:

	De los átomos que constituyen el mineral.
	Del tipo de empaquetamiento de los átomos.

En los elementos isoestructurales, con idéntico tipo de empaquetamiento, los elementos de mayor peso atómico tienen mayor densidad relativa. En una serie de soluciones sólidas existe un cambio continuo de densidad relativa . Así, en el caso de la serie de las wolframitas, los términos extremos ferberita (MnWO₄) y hubnerita (FeWO₄) tienen por valores respectivamente: 7.51 y 7.18.

            

El caso contrario lo constituyen los compuestos polimorfos, de misma composición pero diferente tipo de empaquetamiento. Así, en el caso del carbono, pasamos de valores de 3.515 para el diamante a solo 2.23 para el grafito pese a tener idéntica  fórmula química.

            

         Pesos específicos de algunos minerales

La estimación del valor del peso específico es en muchas ocasiones determinante el la clasificación de un mineral a estudiar, por ello a continuación se especifica diho valor para algunos minerales:

	Pesos específicos
Hematites	5,20 - 5,26
Circón	4,67 - 4,73
Fayalita	4,40
Espesartina	4,15 - 4,21
Almandino	3,93 - 4,17
Esfalerita	3,90 - 4,10
Corindón	4,02
Malaquita	3,90 - 4,03
Andradita	3,81 - 3,87
Piropo	3,65 - 3,80
Crisoberilo	3,50 - 3,80
Rodocrosita	3,50 - 3,70
Grosularia	3,61 - 3,75
Espinela	3,60
Topacio	3,40 - 3,60
Diamante	3,52
Esfena	3,50 - 3,54
Epidota	3,30 - 3,45
Forsterita	3,30
Jadeíta	3,30 - 3,50
Zoisita	3,36
Diópsido	3,20 - 3,30
Enstatita	3,20 - 3,50
Fluorita	3,18
Apatito	3,15 - 3,20
Espodumena	3,17 - 3,19
Andalucita	3,16 - 3,20
Turmalina	3,00 - 3,20
Turquesa	2,60 - 2,80
Lazurita	2,40 - 2,75
Berilo	2,67 - 2,82
Labradorita	2,70 - 2,74
Calcita	2,70 - 2,72
Escapolita	2,55 - 2,74
Cuarzo	2,65 - 2,66
Albita	2,62 - 2,65
Calcedonia	2,58 - 2,62
Serpentina	2,60 - 2,80
Ortoclasa	2,56
Ópalo	2,00 - 2,15

         Medidas del peso específico

Los métodos de medida del peso específico se basan en el principio de Arquímedes y consisten en medir el peso en aire del mineral P y posteriormente el peso de dicho mineral sumergido en agua P_(agua). A continuación se presenta un esquema de una balanza hidrostática clásica.

Podreremos determinar el peso específico mediante la fórmula:

La utilización de líquidos más densos y con menor fuerza de tensión superficial para esta medida permite realizar la determinación del peso específico de minerales con más precisión. En este caso en la fórmula anterior hay que introducir el valor de la densidad del líquido usado:

Las muestras a estudiar deberán ser homogéneas y puras, compactas y sin microgrietas o microcavidades que pudiesen contener fluidos o gases que reduzcan el peso específico a medir. Normalmente se requiere un volumen cercano a 1 cm³ de muestra. A partir de dicho principio se emplean diversos procedimientos de medida:

	La balanza de Jolly en los que se miden los pesos en función del alargamiento de un muelle helicoidal.
	La balanza de Penfield, donde el peso específico se determina por la posición de pesas en el brazo derecho graduado.

La balanza de Berman, de tipo torsión, se emplea para pequeñas partículas de menos de 25 mg. Si bien las medidas son muy precisas requiere una corrección por efecto de la temperatura.

El Picnómetro empleado en los casos en los que no se disponga de suficiente cantidad de muestra para emplear los métodos anteriores. Consiste, básicamente, en una botella de vidrio con un tapón de ese mismo material esmerilado y atravesado por un fino orificio capilar. Se pesa inicialmente el picnómetro vacío con su tapón (P), se introduce entonces el mineral a medir y se vuelve a pesar (M). Tras rellenar completamente el recipiente con agua destilada se mide de nuevo (S) y por fin se vacía el picnómetro y se rellena unicamente con agua destilada obteniéndose el peso W.

El peso específico vendrá dado por:    Peso específico = (M - P) / W + (M - P) - S

El método de juego de liquidos densos permite por flotación selectiva determinar, aproximadamente, el peso específico de un mineral. Partiendo de un líquido de densidad relativamente alta, bromoformo (2.89) o yoduro de metileno (3.33), y disolviendo los mismos se puede conseguir un conjunto de disoluciones patrón, en los que el mineral flotará cuando su peso específico sea menor al del líquido y se hundirá cuando sea mayor. Este método se emplea también para separar especies minerales con diferentes densidades relativas.

A base de soluciónes de líquidos densos se puede obtener igualmente las medidas de peso específico de gran presición. Para eso hay que partir del líquido con el peso específico alto, donde el grano de mineral estará flotando. Luego se añade el diluyente a gotas, hasta obtener una solución del mismo peso específico que el mineral. En este momento el grano del último quedará en suspensión, sin hundirse ni flotar. Para medir el peso específico del líquido obtenido se puede utilizar una balanza hidrostática con un patrón de peso específico conocido:

Existe también una balanza especial, basada en el mismo método, donde la medida del peso específico del líquido viene directamente de la posición de las pesas en el brazo de la balanza (balanza Westfal)

   Históricamente, el método de goniometría de cristales, junto con los principios del análisis químico, eran los primeros métodos de estudio preciso de sustancias cristalinas. El método se basa en la determinación de las coordenadas esféricas de las caras del cristal.

    El cristal se fija en la cruce de dos ejes perpendiculares giratorios. Estos ejes, perpendiculares uno respecto a otro, tienen dos discos con escalas para facilitar la lectura de las coordenadas j y r. El eje c del cristal se ajusta para coincidir con uno de los ejes giratorios del goniómetro. Luego el cristal se gira por dos ejes, apuntandose las posiciones cuando sus facetas producen reflejos al tubo ocular del equipo. A partir de las coordenadas de las facetas obtenidas se calculan los símbolos (hkl) de todos los tipos de formas base que posee el cristal estudiado.

Alrededor de 1780, Arnould Carangeot, recibió un encargo de su jefe, Jean Baptiste Romé de l’Isle: tenía que hacer copias en arcilla de su colección de cristales. La tarea no era fácil en absoluto y más teniendo en cuenta lo puntilloso que podía llegar a ser de l’Isle. Pero eso no era problema para el metódico y meticuloso Carangeot. Éste se dio cuenta de que si quería reproducir fielmente los cristales era crítico que respetase los ángulos entre sus caras y que, para ello necesitaba medirlos con precisión suficiente. El compás resultaba útil para los cristales más grandes, no así para los más pequeños. Ni corto ni perezoso, Carangeot diseñó un aparato que le permitiese medir los ángulos: había nacido el goniómetro de contacto.

Fue usando este goniómetro que de l’Isle reunió datos suficientes para poder afirmar en 1783 que la primera ley de la cristalografía de Steensen era válida para todos los cristales, no sólo los de cuarzo y hematita.

Habida cuenta de la íntima relación entre estructura cristalina y composición química, no es de extrañar que el uso del goniómetro llevase poco tiempo después de su construcción a descubrimientos químicos.

Cuando René Just Haüy decidió realizar una serie de mediciones en un conjunto de cristales etiquetados como “sulfato de barita”, le sorprendió el hecho de que las muestras provenientes de Sicilia tuviesen diferentes ángulos interfaciales que las que venían de Derbyshire en Inglaterra. La diferencia era sólo de un par de grados, pero era lo suficiente como para convencer a Haüy de que debían tener una composición distinta. El encargado de comprobar esta conjetura fue Jean Baptiste Vauquelin que demostró que las muestras sicilianas eran en realidad sulfato de estroncio.

Haüy también se dio cuenta de que los ángulos del berilo y la esmeralda eran idénticos y aventuró que la esmeralda debía ser una versión verde del berilo. De nuevo pidió a Vauquelin que realizara los análisis pertinentes, que tuvieron como resultado, aplicando la misma tecnología electroquímica de contacto que había usado Hooke con los cristales de la urea (la lengua), una sustancia igualmente dulce en ambos casos. A esta sustancia es a la que terminó llamando “berilia” (el primer nombre fue “glucinia”, por su dulzor) y demostró en 1798 que se trataba del óxido de un nuevo elemento. Finalmente el berilio elemental fue obtenido a partir del cloruro por Friedrich Wöhler e independientemente por Antoine Bussy, ambos en 1828.

El goniómetro de contacto se convirtió así en una herramienta habitual para los cristalógrafos, y eso a pesar de ser, no obstante su utilidad, una artilugio bastante grosero, válido sólo para mediciones con una precisión no mayor de 15′ de cristales, en general, grandes. Por eso no es de extrañar que se inventase un dispositivo más preciso poco después. Así, en 1809 William Hyde Wollaston describió el goniómetro de reflexión, u óptico, que mide los ángulos entre las normales a los planos de las caras de los cristales. Este goniómetro permitía medir ángulos con gran precisión en cristales mucho más pequeños, incluidos aquellos que, preparados en el laboratorio, no excedían de un par de milimetros.

Durante la primera mitad el siglo XIX el goniómetro óptico fue refinándose cada vez más: se le añadió un anteojo para centrar el cristal, y posteriormente otro para observar las reflexiones, lo que facilitó mucho las mediciones, un colimador para conseguir un haz de luz paralelo y, finalmente, una fuente de luz artificial. Se construyeron goniómetros de diseños y geometrías muy diferentes, como el de Eilhard Mitscherlich o el de Jacques Babinet, que llegaron a aumentar la precisión a 30”.

En 1874 William Hallowes Miller dio un primer paso hacia el goniómetro de dos circulos montando un goniómetro Wollaston sobre otro. Pero no sería hasta 1890 que Evgraf Stepánovich Fiodorov desarrollase el goniómetro óptico de dos círculos, que facilitaría mucho tanto la precisión como la realización de la medida.

El goniómetro de dos círculos se mantuvo como un instrumento cristalográfico estándar, con mejoras menores, durante el siglo posterior. Sólo comenzó a ser reemplazado por la aparición de difractómetros automatizados controlados por ordenador en los años 70 del siglo XX.