Tema 3 La Materia Mineral y La Materia Cristalina. Propiedades y Métodos de Estudio

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TEMAS DE BIOLOGA Y GEOLOGA(Oposiciones de Enseanza Secundaria)

TEMA 3

LA MATERIA MINERAL Y LA MATERIA CRISTALINA. PROPIEDADES YMTODOS DE ESTUDIO.

1. Introduccin.2. Concepto de mineral.3. Composicin qumica de la materia mineral.4. Estructura de la materia mineral.

4.1. Tipos de enlace.4.1.1. Enlace inico o heteropolar.4.1.2. Enlace covalente u homopolar.4.1.3. Enlace metlico.4.1.4. Enlace de Van Der Waals.

4.2. Estructura interna de la materia mineral.4.2.1. Estructura inica.4.2.2. Estructura covalente.4.2.3. Estructura metlica.4.2.4. Estructura de los silicatos.

4.3. Estructura interna de la materia mineral: cristalografa.5. Redes.6. Simetra cristalina.

6.1. Simetra externa.6.2. Simetra interna.

7. Los sistemas cristalinos.8. Notacin cristalogrfica.9. La cristalizacin.10. Las maclas.11. Hbitos y agregados cristalinos.12. Mineraloga fsica: propiedades de la materia mineral.

12.1. Exfoliacin.12.2. Particin.12.3. Fractura.12.4. Dureza.12.5. Tenacidad.12.6. Peso especfico.12.7. Propiedades pticas.

12.7.1. Generales12.7.2. Especficas.

12.8. Propiedades electrico-magntica.13. Mtodos de estudio de los minerales.Bibliografa.


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TEMA 3

LA MATERIA MINERAL Y LA MATERIA CRISTALINA. PROPIEDADES YMTODOS DE ESTUDIO.

1. INTRODUCCIN.

Aunque la mineraloga como ciencia es relativamente reciente, su prctica es tanantigua como la civilizacin. As, hace unos 5.000 aos, como lo prueban las pinturasdel Valle del Nilo, ya se trabajaba la malaquita, la esmeralda, etc., y se fundan menasde mineral. El desarrollo de nuestra cultura tcnica est muy ligado a los minerales yalos productos de ellos derivados: desde el slex de la Edad de Piedra hasta el uranio dela era atmica de nuestros das.

El documento ms antiguo conocido, que trata de minerales es "Sobre las piedras"del griego Teograsto (IV a. de C.). Vitruvio y Plinio (I a. de C.) describieron gran partede ellos, pero es en el Renacimiento cuando se hacen importantes progresos: Baver"De re metallica". En el XVI, Stensen constancia de los ngulos diedros; XIX,Berzelius clasificacin de los minerales.

Los minerales estn constantemente en nuestra experiencia cotidiana: arena de laplaya, rocas de las montaas, materiales de construccin..., son minerales o derivan deellos.

A pesar de esto, es sorprendente que slo se tenga una idea vaga de la naturaleza deun mineral y de la existencia de una ciencia sistemtica a ellos concerniente (lamineraloga): ciencia natural que usa los procedimientos de la Fsica y de la Qumica.

2. CONCEPTO DE MINERAL

Hurlbut, define al mineral como "un elemento o combinacin qumica formado porun proceso inorgnico natural".

Al exigir que sea natural se eliminan del concepto mineral los productos de sntesisaunque sean idnticos fsica, estructural y qumicamente al natural. Algunos autores, noobstante, prefieren distinguir minerales naturales y artificiales.

La exigencia de ser un elemento o combinacin qumica, equivale a pedir unacomposicin qumica definida expresable mediante una frmula. Esto no significa quela composicin tenga que ser fija, aunque s que las variaciones se produzcan entrelmites bien definidos.

Su origen inorgnico elimina a los productos como el carbn, el mbar y la perla.Sin embargo Kostov, elimina este requerimiento, pero aade otro al igual que Berry yMason: disposicin interna ordenada". Esto eliminara a sustancias como el agualquida y el Hg. Quedara la duda de las sustancias metamicticas (estructuras parcial ototalmente destruidas por radiactividad) y amorfas (como el ox. de Fe, palo...). Por elloHurlbut elimina esta restriccin como hemos visto.


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3. COMPOSICIN QUMICA DE LA MAT. MINERAL.

Ya hemos dicho que un mineral debe tener una composicin qumica definida peroque sta puede variar dentro de unos lmites. En efecto, en la naturaleza los minerales seforman a partir de soluciones complejas que llevan a variaciones en la composicin deuna localidad a otra. Las variaciones pueden ocurrir por Sustitucin de un in o grupoinico por otro en una estructura dada. La sustitucin depende de: (a) El tamao del in.Si la diferencia de tamao es menor del 15% la sustitucin es ilimitada. Si es del 15-30% es limitada. Si es mayor del 30% es poco probable. (b) La temperatura. Cuantomayor es la T ms fcilmente ocurre la sustitucin. (c) La carga del in. Generalmentedeben ser de la misma carga para mantener la neutralidad de la estructura. Pero puedenser de carga distinta si es compensado el exceso o dficit con otra sustitucinsimultnea. Es la Sustitucin Acoplada (ej: El Na+, sustituye al Ca2+ si el Si4+ sustituyeal mismo tiempo al AI3-, ya que Na+ + Si4- = Ca2+ + AI3+).

Estas sustituciones pueden dar lugar a: .

Cambios ligeros en la composicin sin afectar a la estructura Isomorfismo.La mayora de los minerales forman series isomorfas. Un ej. clsico es el de lasplagioclasas tan abundantes en las rocas gneas: de la ALBITA (Na AI Si3 08) alaANORTITA (Ca AI2 Si2 08) ,con una serie de minerales intermedios con proporcionesdiversas de Na y Ca. Estos intermedios pueden considerarse como una SOLUCINSLIDA de los extremos.

Cuando la T de la mezcla compleja es alta y la formacin del mineral muyrpida pueden quedar incorporados a la estructura iones anmalos que una vez enfriadagenerarn tensiones que los desplazan y tienden a quedar agrupados localmente(DESMEZCLA). Ej: masas lenticulares de ilmenita (mineral de Ti) en la magnetita.

Los cambios en un mineral pueden ocurrir sin cambio apreciable en suestructura externa (SEUDOMORFISMO), aunque s en la interna. ste puede ocurrirpor sustitucin (ej: fibras por slice en maderas petrificadas), por incrustacin (cuarzosobre cristales de fluorita), por alteracin (anhidrita yeso), por paramorfosis(mineral mineral polimorfo del 1: ej. aragonito calcita).NOTA: No confundir isomorfismo (minerales de igual estructura y composicinparecida) con HOMEOMORFISMO (igual estructura pero composicin muy diferente).Ej: Rutilo (TiO2) y Zrcn (SO4Zr).

Por otro lado un anlisis qumico cuantitativo de la CALCITA y delARAGONITO, por ej., no nos permitira distinguirlos aunque las propiedades de ambossean distintas y sus diagramas de difraccin de RX sean tambin diferentes. Lo mismopodramos decir de pirita y marcasita, grafito y diamante, etc. Este fenmeno, queconocemos como POLIMORFISMO o ALOTROPA, se comprende fcilmente siconsideramos las estructuras: ms o menos empaquetadas, ms o menos intensamenteunidos sus tomos, etc.

4. ESTRUCTURA DE LA MAT. MINERAL.

Las propiedades de los minerales dependen tambin de la disposicin geomtrica desus tomos e iones y de las fuerzas que los unen.


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Composicin y estructura son la base de la clasificacin cristaloqumica de losminerales:

I.- Elementos: aleaciones, carburos, nitruros y fosfuros. Son unos 50.II.- Sulfuros: junto con seleniuros, telururos, arseniuros, antimoniuros y bismoturos.

Son unos 300.III.- Halogenuros : unos 100.IV.- Oxidos e hidrxidos : unos 250.V.- Nitratos, carbonatos y boratos : unos 200.VI.- Sulfatos : junto con cromatos, molibdatos y wolframatos. Unos 200.VII.- Fosfatos, arseniatos y vanadatos : unos 350.VIII.- Silicatos: con las subclases meso-, soro-, ciclo-, ino-, filo- y tectosilicatos.

Son unos 500.

Esta clasificacin suele incluir tambin un grupo de unas 20 sustancias de origenorgnico.

Veamos, pues, los enlaces y las estructuras resultantes.

4.1. Tipos de enlace.

Es objeto del tema 69, por lo que slo haremos una breve mencin.

La dureza, exfoliacin, fusibilidad, conductividad elctrica y trmica, y en coef. dedilatacin estn relacionadas directamente con la clase e intensidad de las fuerzas deenlace. En general, cuanto ms fuerte es el enlace, ms duro, menos fusionable ydilatable es el mineral.

Estas fuerzas son los enlaces qumicos, que pueden ser de 4 tipos principales:inico, covalente, metlico y de Van der Waals, debiendo entenderse que pueden existirtransiciones entre todos los tipos. Adems, muchos minerales, como la mica, contienendos o ms tipos de enlace. Tales minerales se llaman HETERODSMICOS, encontraste con los HOMODSMICOS que tienen un slo tipo de enlace (cuarzo,diamante...).

4.1.1. Enlace inico o heteropolar.

La mxima estabilidad de un tomo se produce cuando completa su capaelectrnica externa. Esto puede producirse captando los electrones necesarios hastaalcanzar la configuracin del gas noble ms prximo (quedar como in negativo oanin) para lo que se precisa otro tomo que ceda esos electrones (in positivo o catin).Entre ambos se produce atraccin electrosttica. Este enlace : (1) no dirigido, (2)Empaquetamiento bastante compacto, (3) incoloros en estado puro, (4) Conductoreselctricos en estado fundido o disueltos o si existen defectos reticulares. (5) Al fundir nodan molculas sino iones. Tpico de los haluros.


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4.1.2. Enlace covalente u homopolar.

Otra forma de que un tomo complete su capa electrnica exterior es compartircon otro tomo algunos electrones externos. Este enlace es muy fuerte; los mineralesque lo poseen son insolubles y de elevado punto de fusin. En disolucin o fundidos noforman ion es por lo que no son conductores.

El enlace es muy direccional (por lo que la simetra del cristal resultante esmenos perfecta que cuando el enlace es inico). Tpico del carbono.

4.1.3. Enlace metlico.

Hay elementos que dejan en libertad los electrones externos, formndose unempaquetamiento de iones positivos (ncleos atmicos) mientras que los electrones sedispersan y mueven libremente entre ellos. Por esto son buenos conductores de laelectricidad y el calor. Son plsticos y dctiles y de dureza y pto. de fusin.

Es tpico de metales nativos y algunos sulfuros y arseniuros.

4.1.4. Enlace de Van Der Waals.

O residual, une molculas y unidades estructurales mediante dbiles cargasresiduales de la superficie de ellas. En los minerales es poco frecuente, definiendo zonasde exfoliacin fcil.

Un ejemplo es el grafito: las hojas, de C unidas covalentemente, se unen porenlace residual.

4.2. Estructura interna de la materia mineral.

Es la distribucin geomtrica de los tomos, iones o molcs que forman el mineral.Viene determinada por la composicin y el tipo de enlace. Segn el enlace,distinguiremos:

4.2.1. Estructura inica.

Cada ion tiende a apropiarse, o sea a COORDINAR, tantos iones contrarioscomo sea posible, disponindose los iones coordinados en los vrtices de un poliedroregular alrededor del in coordinador. El n de iones coordinados es el N.C. (n decoordinacin). Este depende de los tamaos relativos de los iones, es decir, de larelacin de radios.

Si consideramos un catin constante y lo coordinamos con aniones de tamaovariado, tendremos:

* RC / RA = 1 N.C. = 12.

Es el empaquetado cbico-compacto o el hexagonal-compacto.

* RA algo > Rc (1 > Rc I RA > 0'73) N.C. = 8.


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Es la coordinacin cbica o Hexadrica.

* RA > Rc (0'73 > Rc I RA > 0'41) N.C. = 6. Es la coord. octadrica.* RA > > Rc (0'41 > Rc I RA > 0'22) N.C. = 4. Es la coord. tetradrica.* RA > > > Rc (0'22 > Rc I RA > 0'15) N.C. = 3. Es la coord. triangular.* Rc I RA < 0'15 N.C. = 2. Es la lineal, muy rara en minerales inicos.

Todas estas estructuras se rigen por las Reglas de Pauling que describen lascaractersticas de una estructura inica para minimizar su energa potencial. Estas reglasson:

1. - Alrededor de cada catin se forma un poliedro coordinado de aniones cuyo NC. esfuncin de la relacin de los radios inicos.

2. - Principio de la valencia electrosttica: Si la estructura es estable, la fuerza total delos enlaces de valencia que ligan un anin con todos los cationes prximos es igual a lacarga del anin. (Ej: en el NaCl, cada Cl- est rodeado de 6 Na+ la fuerza de enlacede cada Na+ es 1/6). Si atendemos a la fuerza de enlace podemos distinguir, en lasestructuras inicas 3 subtipos:

a) Isodsmicas: Todos los enlaces tienen la misma fuerza, como en el NaCl.

b) Anisodsmicas: con enlaces de fuerza distinta. Un ej. tpico son loscarbonatos. El C combina con el O2 mediante una relacin de radios (0'121) que indicauna coordinacin 3. Por lo tanto, la fuerza de enlace C-O es 4 I 3 (= valencia del C I nCoordinacin) mayor que la mitad de la carga del O2 ( = 1) .Es decir el O2 se une alC con mayor fuerza que a cualquier otro in de su estructura (como el Ca, por ej.).

c) Mesodsmicas: Es el caso de los silicatos. La fuerza de unin del O2-Si es lamitad de la carga del in O2 puede unirse a otro in con la misma fuerza que con elSi. Cuando este otro in es otro Si tetraedros unidos por un O2 comn, opolimerizarse en cadenas, hojas... compartiendo iones O2.

3. - En las estructuras que contengan diferentes cationes, los de mayor carga tienden ano compartir elementos de sus poliedros de coordinacin con los otros cationes.

4. - La existencia de aristas y caras comunes a dos poliedros de aniones de unaestructura disminuye su estabilidad por las fuerzas repulsivas.

5. - Principio de parsimonia: El n de clases diferentes de constituyentes de un mineraltiende a ser pequeo (Clases diferentes no qumicamente, sino a lugaresestructuralmente distintos).

Lima de Faria (1965), siguiendo las consideraciones citadas clasific lasestructuras inicas en los tipos:

1. - Tipo AX (relacin estequiomtrica 1: 1): La neutralidad elctrica obliga a que lacoordinacin del catin y del anin sea la misma. Ej: NaCl.


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2. - Tipo AX2 (relacin estequiomtrica 1: 2): Ej la fluorita (CaF2) con coordinacin8: 4 Los Ca rodeados de 8 F, y cada F rodeado de 4 Ca. Los F en empaquetamientocbico y los Ca ocupando slo la mitad de los huecos octadricos.

3. - Tipo A2X3 : Ej- el corindn (AI2O3) con coordinacin 6:4- cada Al entre 6 oxgenosen los vrtices de un octaedro. Grupos de 3 oxgenos forman una cara comn a 2octaedros vecinos.

4. - Combinaciones complejas: Ej. la perowskita (CaTi03) con el Ca en el centro de unared cbica, el Ti en los vrtices y el O2 en posiciones octadricas.

4.2.2. Estructura covalente.

La naturaleza dirigida del enlace covalente favorece las estructuras con bajo nde coordinacin y abiertas.

Una tpica estructura covalente es la del diamante con distribucin tetredricaimpuesta por los orbitales hbridos Sp3 del C. Sera un cubo con los vrtices y centro delas caras ocupados por C y 4 tomos de C ms en el interior del cubo. Si cortamos estecubo por los 3 planos principales se obtienen 8 cubitos. Estos 4 C internos ocuparan elcentro de estos cubitos (alternativamente: 1 ocupado, 1 vaco...).

4.2.3. Estructura metlica.

Debido a que la relacin de radios es 1, se obtendrn empaquetamientoscompactos, hexagonales o cbicos. No obstante, es tambin frecuente elempaquetamiento cbico centrado en el interior .

4.2.4. Estructura de los silicatos.

Es un caso especial por el carcter ionico-covalente de los enlaces, dando lugar avarios tipos: (1) NEOSILICATOS = tetraedros aislados, (2) SOROSILICATOS = 2tetraedros compartiendo 1 2 O2; (3) INOSlLICATOS = cadenas abiertas sencillas(Piroxenos) o dobles (Anfboles); (4) FILOSILICATOS = redes planas; (5)TECTOSILICATOS = redes tridimensionales; (6) CICLOSILICATOS = anillos de 3, 4 6 tetraedros unidos por los vrtices.

4.3. Estructura interna de la materia mineral: cristalografa.

Como hemos visto, la materia mineral posee la ordenacin interna caracterstica delestado slido. Es decir tienen una ESTRUCTURA CRISTALINA. Los mineraloidescarecen de ordenacin interna, es decir, son AMORFOS. Pues bien, cuando estaordenacin interna se hace visible en formas geomtricas regulares, decimos que estcristalizada, ya dichas formas geomtricas les llamamos CRISTALES. Si solo sonvisualizables por difraccin de RX CRIPTOCRISTALES, si por microscopioMICROCRISTALES.

Un cristal es, pues, un "slido homogneo con orden interno tridimensional y formaexterna geomtrica regular (poliedro) limitada por caras planas".


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En todo cristal distinguimos los siguientes ELEMENTOS MORFOLGICOS:CARAS, ARISTAS y VRTICES cumplindose la frmula de Euler: caras + vrtices =aristas + 2.

La forma geomtrica de un cristal se debe a la disposicin de sus tomos, molculaso iones en posiciones especficas llamadas MOTIVOS, dando como resultado unarepeticin casi infinita en las tres dimensiones. A la distancia que repite una unidadestructural en una determinada direccin se denomina TRASLACIN. Las 3traslaciones unidad no coplanares o fundamentales y los ngulos que forman, definen unparaleleppedo fundamental o CELDILLA ELEMENTAL cuya repeticin en las 3direcciones del espacio da lugar al RETCULO CRISTALINO en el que cada "motivo"viene representado por un punto o NUDO.

Cualquier retculo goza de las siguientes propiedades:

- Es peridica: Cualquier propiedad fsica es invariante para una traslacindefinida por t = pa + qb + rc donde p, q y r son nos enteros y a, b y c son los vectores nocoplanares caractersticos de ese medio.

- Es homognea: Cada nudo es idntico a todos los dems de la red.

- Es anistroa: Ya que la distancia entre nudos depende de la direccin del vectort en el espacio. Por lo

tanto, cualquier propiedad que dependa de la direccin variar segn la direccin de t.

- Es simtrica: Ya que la traslacin, que define al medio cristalino, es unaoperacin de simetra.

5. REDES.

Podemos considerar la red espacial como el resultado del apilamiento de redesplanas. Cada red plana vendr definida por 2 traslaciones a y b y el ngulo que forman.Existen slo 5 formas de combinar estos elementos:

(1) a= b con ngulo de 90 (CUADRADA), de 60 (HEXAGONAL) o mayor de90(RMBICA).

(2) a= b con ngulo de 90 (RECTANGULAR) o con ngulo distinto de 90(ROMBOIDAL).

Segn la forma de apilarse estas redes planas darn lugar a redes espaciales. En1842 Frankenheim describi 15 ordenaciones posibles, pero en 1848 Bravais indic quedos de ellas eran idnticas, dejando, pues, slo 14 redes posibles (REDES DEBRAVAIS) que atendiendo a sus caractersticas se clasifican en:

- Primitivas (P) con nudos slo en los vrtices.- Centradas en las bases (C) con nudos en los vrtices y centros de las bases.- Centradas en las caras (F).- Centradas en el interior (I) con nudos en los vrtices y en el centro geomtrico del

poliedro.


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Las catorce redes son: Cbicas (P, l y F), Hexagonal (P), Rombodrica (P),Tetragonales (P y l), Rmbicas (P, C, I, F), Monoclnicas (P, C) y Triclnicas (P).

La restriccin en el n de posibles redes, se debe a:- Deben ser homogneas, es decir que cada nudo debe estar rodeado de un idntico nde nudos vecinos.- Deben poseer la simetra del sistema a que pertenecen.

6. SIMETRA CRISTALINA.

Es una consecuencia de la periodicidad de la mat. cristalina. Hay que distinguirentre simetra externa o morfolgica e interna o estructural.

6.1. Simetra externa.

En un cristal pueden realizarse diversas operaciones de simetra, que permiten quelos elementos morfolgicos ocupen posiciones idnticas en el cristal, referidas a unpunto, un eje o un plano. Si nos referimos a un punto se trata del centro de simetra; sia un eje, al eje de simetra; si aun plano, al plano de simetra.

El centro de simetra es el punto del interior del cristal que divide en partes igualesa todo segmento que pase por l y cuyos extremos estn limitados por las caras, aristas ovrtices del cristal.

Los ejes de simetra son rectas ideales que pasan por el centro de simetra que, alser utilizados como ejes de rotacin, hacen que los elementos morfolgicos del cristal serepitan cierto nmero de veces, cuando giramos ste 360 sobre el eje. Si los elementosmorfolgicos se repiten dos veces, el eje de simetra ser binario; si tres, ternario; sicuatro, cuaternario y si seis, senario. Si no se repiten, el eje ser monario.

Los planos de simetra son planos ideales que dividen el cristal en dos mitadessimtricas.

En general, los ejes de simetra son perpendiculares a los planos o estn contenidosen ellos. Los ejes se representan (notacin de Herman-Maguin) con el smbolo 2 si esbinario, 3 si ternario, 4 si cuaternario y 6 si senario. Los planos de simetra serepresentan con la letra m. Si un eje es perpendicular a un plano, por ejemplo, si un ejebinario es perpendicular a un plano, se escribe 2/m (se lee "dos barra m"). Cuando uneje hace que se repita un elemento morfolgico pero de forma invertida, se denominaeje de inversin (ej: 3).

Bravais y Gadolin, demostraron que slo existen 32 clases de simetra oSINGONIAS: las diez elementales (2,3,4,6,6,4,3,2 = m, centro, ausencia de simetra =1) y las 22 combinaciones compatibles (ya que las dems son repeticiones de las yacitadas: ej: la 3/m es igual que la 6; o a la produccin de una multiplicidad infinita queimplicara una esfera perfecta - no se ha observado en ningn cristal- Ej: dos ejessenarios coincidentes en un pto cada eje repite 6 veces al otro; cada repeticin repiteotras seis veces y as hasta el infinito).


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6.2. Simetra interna.

En ella adems de las operaciones de rotacin o reflexin, aparecen nuevosoperadores de simetra que aportan tambin operaciones de traslacin: son los ejeshelicoidales y los planos de deslizamiento.

Los ejes helicoidales se designan por nl. Los 2l producen una rotacin de 180 oms una traslacin paralela al eje de rotacin. Los 3l pueden ser de 2 tipos: 31 y 32 segnque la traslacin sea de 1/3 o de 2/3 de la traslacin fundamental (t). Los 4l pueden serde 3 tipos y los 6l de 5 tipos.

Los planos de deslizamiento producen una reflexin a travs de s mismo mas unatraslacin paralela a l. Pueden ser axiales si la traslacin es paralela a algn ejecristalogrfico (a, b c), diagonales si su vector de desplazamiento es la suma de doscualesquiera de los vectores a/2, b/2 y c/2; tipo diamante si su vector de desplazamientoes la suma de dos cualesquiera de los vectores a/4, b/4 y c/4.

De la combinacin de la simetra externa e interna se deducen 230 gruposespaciales.

7. LOS SISTEMAS CRISTALINOS.

Con este nombre se denominan a los 7 grupos en que se han incluido todas las clasesde simetra (32) de los cristales.

Aquellas clases que poseen el n mx. de elementos de simetra del sist. al quepertenece, se llaman HOLODRICAS, y MERODRICAS si le falta algn elemento desimetra. Son HEMIDRICAS si tienen la mitad de dichos elementos.

8. NOTACIN CRISTALOGRFICA.

Las caras cortan a los ejes cristalogrficos en ma, nb, pc. Miller propuso comonotacin los nmeros h, k y l (h = 1/m, k= l/n, 1= 1/p) que son los inversos de losparmetros lineares cristalogrficos. Ej: Si corta en 1a, 2b, 1c h = 1/1, K= 1/2, l=1/1, como 1 + 2 + 1 = 4 1/14 = 4, 1/2 4 = 2, 1/1 4 = 4; y simplificando 2, 1, 2 notacin final (2,1,2).

9. LA CRISTALIZACIN .

Es el proceso que origina los cristales y consiste en la agrupacin ordenada de laspartculas elementales que se adicionan por yuxtaposicin a un ncleo o "germen"cristalino. Tiene lugar en la naturaleza a partir de sustancias fundidas, disolucionesacuosas o sustancias voltiles, por procesos de:

a) Solidificacin: por enfriamiento de la materia fundida;b) Saturacin de disoluciones, por cambios fsico-qumicos;c) Sublimacin regresiva: por enfriamiento de una sustancia voltil;d) Reacciones qumicas entre reactivos solubles, dando productos insolubles.


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Una buena cristalizacin requiere tiempo, reposo y pureza de las sustancias queintervienen. Muchos minerales no estn bien cristalizados. La cristalizacin vienedeterminada por la presin y temperatura y por el ambiente qumico del lugar dondesucede. Se puede decir que los cristales son "la respuesta de la naturaleza adeterminadas condiciones ambientales". As, los mismos elementos qumicos puedendar cristales diferentes, si las condiciones ambientales son distintas.

10. MACLAS.

Cuando dos o ms cristales del mismo mineral crecen conjuntamente de forma queciertas direcciones reticulares son paralelas, mientras otras estn en posicin inversa, seles llama MACLAS. Los componentes de una macla estn relacionados entre s delsiguiente modo: (1) El plano sobre el cual las dos partes de la macla estn dispuestassimtricamente es el plano de macla. (2) Por una rotacin, normalmente de 180,alrededor del eje de macla. (3) Algunas poseen un centro de macla.

Estos elementos definen la Ley de macla. Las maclas de contacto vienen definidaspor un plano; las maclas de penetracin por un eje; las maclas mltiples se forman por 3o ms partes macladas segn la misma ley. Si todas las superficies de composicinsucesivas son paralelas macla polisinttica. Si no son paralelas macla cclica.

Entre las maclas ms conocidas: Cruz de hierro de la pirita (penetracin de 2piritoedros), la de Carlsbad de la ortosa, la cruz de S. Andrs de la estaurolita...

11. HBITOS Y AGREGADOS CRISTALINOS .

Es el aspecto que presentan cristales aislados o agregados de ellos. As se habla decristales aciculares, filiformes, hojosos... de agregados dendrticos, reticulados, drusas,masas reniformes, mamilares, nicceos, tabulares, amigdaloides, geodas...

12. MINERALOGA FSICA: PROPIEDADES DE LA MATERIA MINERAL.

La materia mineral es anistropa, por lo que sus propiedades pueden depender de ladireccin considerada. Los que son dependientes de la direccin considerada. Las queson dependientes de la direccin se llaman VECTORIALES y las que no,ESCALARES.

12.1. Exfoliacin.

Capacidad de romperse segn planos determinados paralelos a planos atmicosde su estructura interna. Estos planos de exfoliacin representan zonas de enlacesdbiles (Grafito) o de un mayor espaciamiento reticular (diamante) o de ambos. Es puesuna propiedad vectorial.

En aquellos minerales que presentan exfoliacin clara, sta se emplea comomedio de diagnstico.


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12.2. Particin.

Semejante a la exfoliacin, se diferencia de ella por lo limitado del n de planosde rotura, lo que hace que no todos los ejemplares de un mineral la presente. Un planode particin claro es el plano de macla. Ej de particin: octadrica en magnetita, bsicaen piroxeno, rombodrica en el corindn...

12.3. Fractura.

Es la rotura de un mineral sin que se aprecien direcciones privilegiadas. Lafractura puede ser CONCOIDAL (obsidiana, cuarzo...), ASTILLOSA (asbesto),GANCHUDA ( ) y DESIGUAL ( ).

12.4. Dureza.

Resistencia que ofrece un mineral a ser rayado (teniendo en cuenta que debeemplearse una superficie fresca del mineral, pues de lo contrario podra tratarse delproducto de alteracin generalmente menos duro).

La escala de dureza ms usada es la de Mohs que de menor a mayor dureza es:Talco, Yeso, calcita, fluorita, apatito, Ortosa, cuarzo, topacio, corindn y diamante.

La dureza es una propiedad vectorial (cianita tiene dureza 5 en direccinparalela a su alargamiento, y 7 perpendicular a l).

En general, la dureza al el tamao inico y/o el contenido en OH. Ej: Al2O3 dureza 9, Al (OH)3 dureza 3.

12.5. Tenacidad.

Hace referencia a la cohesin del mineral. La tenacidad puede expresarse por:

- Fragilidad o facilidad de romperse.- Maleabilidad o facilidad de transformarlo en hojas delgadas.- Sectilidad o facilidad de ser cortado en virutas delgadas.- Ductilidad o facilidad de estirarse en hilos.- Flexibilidad o facilidad de ser doblado.- Elasticidad o facilidad de recuperar su forma primitiva una vez que cesan las

fuerzas deformantes.

12.6. Peso especfico.

O densidad relativa, es la relacin entre su peso y el peso de un volumen igual deagua a 4 C. Depende de: ( 1) Los tomos constituyentes y (2) El empaquetamiento. Loprimero se observa bien en las series isomorfas. Lo segundo en los compuestospolimorfos (ej el Grafito 2'2, diamante 3'5).

El peso especfico se consigue pesando en el aire una muestra del mineral (P1) yluego pesndola en el agua (P2); la disminucin de peso (P1 - P2) es el peso de unvolumen de agua igual al volumen del mineral. Por lo tanto:


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21

1

PPP

Pespecfico -=

Uno de los mejores mtodos es la BALANZA DE JOLLY que nos da los pesosen funcin del alargamiento de un muelle helicoidal. Cuando slo se poseen fragmentosdel mineral se emplea el picnmetro, pequea botella de tapn esmerilado atravesadopor un capilar. Para separar granos minerales (ej. de la arena) se emplean lquidospesados (ej el bromoformo {2'89} dejara flotando el cuarzo {2'65} y se hundiran laturmalina y el granate. Con yoduro de metileno {3'33} flotara la turmalina {3'20} y sehundira el granate {4'25}).

12.7. Propiedades pticas.

12.7.1. Generales.

Brillo: Mide el grado de luz reflejado en la superficie del mineral. Est, pues,ntimamente relacionado con el ndice de refraccin mediante la ecuacin:

222

222

)1()1(

KnnKnn

R+++-= siendo n= ndice de refraccin ; K= coeficiente de

absorcin y R= reflectividad.

Povarennykh (1959) estableci las siguientes variedades: Subadamantino Adamantino Superadamantino (n = 1 '8- 2'2) (n = 2'2- 2'7) (n = 2'7- 3'4)

Semivtreo Vtreo(n=1'3-1'5) (n=1'5-1'8)Submetlico Metlico Supermetlico(R = 8-20%) (R = 20-50%) (R = 50-95%)

Usualmente, sin embargo se emplea una clasificacin relativa: Vtreo = parecidoal vidrio; Resinoso = parecido a la resina; Graso = parecido al aceite; Adamantino =parecido al diamante; Nacarado = parecido a las perlas y Sedoso = parecido a la seda,etc...

Color: Cuando la luz incide sobre un mineral, parte de ella se refleja y otra serefracta. Si la luz no sufre absorcin, el mineral ser incoloro. Los coloreados absorbenciertas longitudes de onda, y el color es el resultado de aquellas longitudes que llegan alojo. Algunos minerales presentan diferentes colores segn la direccin(PLEOCROSMO). Si solo hay 2 direcciones diferentes como la turmalinaDICROSMO.

En algunos minerales el color es debido a uno de sus componentes, presentandosiempre, por ello, el mismo color. Son IDIOCROMTICOS que varan el color porimpurezas o por alteracin superficial. Elementos cromforos son: Fe, Cu, Mn, Cr, Co,Ni y V que en pequea presencia dan intenso color al mineral (verde de la esmeraldapequeas cantidades en ella de Cr.


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El color del polvo fino de un mineral se conoce como RAYA y es prcticamenteconstante. Se obtiene frotando el mineral sobre una porcelana porosa (solo paraminerales de dureza menor o igual a 7).

Luminiscencia : Es la emisin de su incandescencia. Suele deberse a ionesextraos llamados ACTIVADORES.

La luminiscencia puede cesar al cesar el estimulo (FLUORESCENCIA) o durarmas (FOSFORESCENCIA).

La luminiscencia puede ser producida por calor (Termoluminiscencia), estimuloqumico quimioluminiscencia) o mecnico: frotacin, molido, rayado...(Triboluminiscencia).

12.7.2. Especiales.

La luz puede moverse a igual velocidad en todas las direcciones de mineral(ISOTROPICO) o no (ANISOTROPICO). Si colocamos un mineral isotropico en unmicroscopio de polarizacin (= petrografico) se vera oscuro al colocar el analizados(solo permite el paso de luz que vibra en direccin E-O) ya que la luz que atraviesa lamuestra seguir vibrando en direccin N-S (por convenio polarizada emitida por elmicroscopio vibra en N-S); es decir, no varia. Si desenfocamos ligeramente aparece unalnea de luz blanca en la periferia de la muestra (LINEA DE BECKE) movindose haciala muestra si su ndice de refraccin es > que el del liquido, o hacia el liquido si elndice de este es > que el de la muestra.

En los anistropos hay 2 ndices de refraccin principales y la diferencia entreellos es la BIRREFRINGENCIA. Si tienen una sola direccin sin birrefringenciaUNIAXIALES, si dos direccin de propagacin de la luz sin birrefringenciaBIAXIALES. Estas direcciones forman los ejes pticos. En cualquier otra direccin laluz se desdobla en 2 rayos de diferente velocidad (rayo ordinario y rayo extraordinario).Pues bien, si colocamos un cristal unixico en el microscopio de polarizacin se veriluminado (diferencia con los isotpicos) pero al girar la platina 360 aparecen 4posiciones oscuras (EXTINCIONES) situadas a 90 una de otra. Esto se producecuando la luz pasa en la direccin del rayo ordinario y cuando pasa por la delextraordinario.

En otra direccin, la luz polarizada se desdobla en los 2 rayos con velocidadesde propagacin diferente. Estos rayos al llegar al analizador del microscopio interfierenentre s. Si el retraso de un rayo respecto al otro es un n entero de longitud de onda,queda eliminado el color correspondiente y aparecer el complementario (COLOR DEINTERFERENCIA). Segn el n de longitudes de onda de diferencia (1, 2, 3...) loscolores de interf. sern de orden 1,2,3... Existe una carta de colores de interf. que enfuncin del espesor de la lmina del mineral nos permite su identificacin (para mayorinformacin "Manual de mineraloga de Dana" -Ed. Revert).

Si observamos un cristal anisotrpico con luz polarizada convergente (subiendola lente condensadora situada debajo de la platina del microscopio), objetivo potente yuna lente de Bertrand, veremos figuras de interferencia que ayudan a la identificacindel mineral.


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12.8. Propiedades electrico-magnticas.

Piezoelectricidad: Es una propiedad de cualquier cristal que tenga algn ejepolar. Esto ocurre en todos los que no tengan centro de simetra (menos en la clasegirodrica), pero en algunos la corriente producida al presionar los extremos de un ejepolar, es demasiado pequea.

Esta propiedad la descubrieron los esposos Curie en el cuarzo y se emple 40aos despus para detectar a los submarinos, pues las ondas sonoras al chocar con unadelgada lmina de cuarzo sumergida, producen corriente piezoelctrica.

Piroelectricidad: En estos mismos cristales, la corriente puede generarse porcambios de T.

Magnetismo: En un campo magntico potente unos minerales son atrados(PARAMAGNTICOS) y otros son repelidos (DIAMAGNTICOS), slo la magnetitay la pirrotita son atrados por un pequeo imn, debido a su contenido en Fe; sonferromagnticos.

13. MTODOS DE ESTUDIO DE LOS MINERALES.

Los mtodos ms utilizados para el estudio e identificacin de los minerales son:

a) El microscopio de polarizacin o petrogrfico, que permite estudiar eidentificar a los minerales por sus propiedades pticas. Es similar al microscopioordinario pero adems tiene un sistema de polarizacin, formado por el polarizador, quetransforma la luz natural en polarizada, y el analizador, que analiza la luz que sale de lalmina cristalina.

b) El reconocimiento mediante rayos X, que es el mtodo ms seguro y permitedeterminar las dimensiones de la malla elemental e incluso la posicin de los distintostomos en su interior. Consiste en hacer incidir un haz monocromtico de rayos X deuna longitud de onda determinada sobre un preparado mineral reducido a polvo finsimoy sobre ello medir la dispersin angular y la intensidad de los rayos X refractados.

c) El anlisis espectroqumico, a travs de las propiedades de la energa radiantecuando los elementos de un mineral son excitados.

d) El anlisis qumico, que incluye dos tipos generales de anlisis:

Por va seca: incluye entre otros al ensayo de fusibilidad y al de coloracin a lallama.

Por va hmeda : incluye entre otros ensayos de solubilidad y reacciones concidos y lcalis.


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BILIOGRAFA

Dana-Hurlbut: MANUAL DE MINERALOGA. Barcelona. Revert-72

Phillips: INTRODUCCIN A LA CRISTALOGRAFA. Madrid. Paraninfo- 72

Amoros: EL CRISTAL: INTRODUCCIN AL ESTADO SLIDO. Madrid. Paraninfo-72

Rath: CRISTALOGRAFA. Madrid. Paraninfo- 72.

Wade Maltox: ELEMENTOS DE CRISTALOGRAFA. Barcelona- Omega.

Jong, W.: CRISTALOGRAFA GENERAL. Madrid. Aguilar-62.

Ducros: PROBLEMAS DE CRISTALOGRAFA. Madrid. Paraninfo-69.

Tema 3 La Materia Mineral y La Materia Cristalina. Propiedades y Métodos de Estudio

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