Rocas y MineralesMinerales II: Propiedades

por Anne Egger, Ph.D.

¿Sabía usted que?

Did you know that even though thousands of minerals have been named, only about a dozen are common in the Earth’s crust? Sophisticated laboratory equipment exists for determining the exact chemical composition of minerals, yet sometimes the most essential tools in geology are a magnifying lens and a penknife. Using just these tools, scientists can identify about 90% of what they encounter in the field.

Resumen

Minerals are classified on the basis of their chemical composition, which is expressed in their physical properties. This module, the second in a series on minerals, describes the physical properties that are commonly used to identify minerals. These include color, crystal form, hardness, density, luster, and cleavage.

Términos que usted debe saber
  • luster = the way an object reflects light; sheen, gloss
  • ore = rock from which a valuable product such as a metal can be extracted
  • quartz = a common mineral made of silicon and oxygen
  • rover = a vehicle used for exploring remote regions
Tabla de Contenido

Figure 1: The small spheres in this picture were dubbed "berries" by geologists who first saw them. They sit on the surface of Mars and were photographed by the Mars rover Opportunity. A mass spectrometer on the rover was able to determine the chemical content of the berries and geologists recognized the chemical formula for hematite (Fe2O3). Photograph courtesy of NASA. image © NASA

Tal como se describe en Minerales: Definiciones, un mineral se define, en parte, por una composición química específica. Por lo tanto, en teoría, siempre es más fácil identificar un mineral si se puede determinar la composición química con un espectómetro de masa como el usado en los vehículos exploradores de Marte. Sin embargo, cuando se mira las rocas en la Tierra para determinar la composición química exacta de una sustancia, se requiere la preparación con tiempo del ejemplar y, además, el uso de un equipo de laboratorio sofisticado (y a menudo bastante caro). Afortunadamente, por lo general no se necesita todo esto, ya que hay maneras mucho más fáciles que requieren poco más que una lupa y una navaja. Los minerales más comunes se pueden identificar sobre el terreno usando las propiedades físicas básicas, tales como el color, la forma y la dureza. De la misma manera, el contexto de un mineral es importante, ya que algunos minerales específicos sólo crecen bajo condiciones también específicas. De ahí que, el contexto puede ser usado, de igual modo, para descartar minerales, por ejemplo, esos que son del mismo color. A pesar de que hay miles de minerales, sólo una docena son comunes en la costra terrestre. Por lo tanto, probar algunas propiedades físicas, implica que se puede identificar aproximadamente 90% de lo que se encuentra en el terreno.

Debido a que las propiedades físicas de un mineral están determinadas por su composición química y estructura atómica interna, estas propiedades pueden ser usadas para su diagnóstico, tal como un dolor de garganta y una nariz mocosa pueden diagnosticar un resfrío. Hay muchas propiedades físicas de los minerales que pueden ser probadas con varios grados de facilidad. Estas incluyen el color, la configuracion del cristal (o forma), la dureza, el lustre (o brillo), la densidad, y el clivaje o fractura (cómo se rompe un mineral). Adicionalmente, muchos minerales tienen propiedades únicas, tales como la radioactividad, el fluor bajo la luz negra o la reacción al ácido. En la mayoría de los casos, es necesario observar unas cuantas propiedades para identificar un mineral. Para extender la analogía médica aún más, una nariz mocosa es un síntoma, entre otras cosas, de un virus gripal, de unas alergias o de una infección y, por lo tanto, debemos usar otros síntomas para diagnosticar el problema - un dolor de cabeza, una fiebre, ojos llorosos, además de otros.

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The context in which a mineral is found


Color

La propiedad más obvia de un mineral, el color, es desafortunadamente también la menos diagnosticable. De la misma manera que un dolor de cabeza es un síntoma para una variedad de problemas, desde la gripe hasta un golpe en la cabeza, muchos minerales tienen el mismo color. Por ejemplo, varios minerales son verdes - la olivina, el epidoto y el actinolito, para nombrar sólo unos cuantos. En el otro extremo, un mineral puede tomar diferentes colores si hay impurezas en la composición química, tales como el cuarzo, que puede ser claro, ahumado, rosado, morado, o amarillo.

En parte, la razón por la que el color de los minerales no es la única forma de diagnóstico, se debe a que hay varios componentes de la estructura y composición del cristal que pueden producir color. La presencia de algunos elementos, tales como el hierro, siempre produce un mineral de color, pero el hierro puede producir una gran variedad de colores dependiendo de su estado de oxidación - negro, rojo o verde, más comúnmente. Algunos minerales tienen color, lo que producen elementos en su estructura de cristal, por ejemplo, es el caso de la olivina (Fe2SiO4), mientras que otros lo incorporan como impurezas, como en el cuarzo (SiO2). Toda esta variación hace difícil usar sólamente el color para identificar un mineral. Sin embargo, en combinación con otras propiedades como el cristal, el color puede ayudar a limitar las posibilidades. Por ejemplo, la hornblenda, la biotita y la muscovita son muy comunes en rocas como el granito. La hornblenda y la biotita son negras, pero pueden ser fácilmente distinguibles por su estructura de cristal ya que la biotita aparece en láminas, mientras que la hornblenda forma fuertes prismas (ver las fotos debajo). La muscovita y la biotita forman láminas, pero son de color diferente; en realidad, la muscovita no tiene color.

Figura 2: Estos tres minerales puede ser distinguidos usando el color y la forma. La biotita y la hornblenda comparten el mismo color, pero son de diferentes formas; la muscovita y la biotita comparten la forma pero no el color. Las imágenes son cortesía de National Park Service

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Color is one of the best ways to identify a mineral.


La forma de cristal

La configuración externa de un cristal mineral (o su forma de cristal) está en gran medida determinada por su estructura atómica, lo cual quiere decir que esta propiedad puede ser usada para hacer un buen diagnóstico. Específicamente, la forma de cristal se define por las relaciones angulares entre las facetas de cristal (recuerde la Ley de Ángulos Interfaciales ) de Steno. Algunos minerales, como el halito (NaCl, o sal) y la pirita (FeS) tienen una forma cúbica (ver debajo a la izquierda), otros como la turmalina (ver debajo al centro) son prismáticos. Algunos minerales como la azurita y la malaquita, ambos con minerales de cobre, no forman cristales regulares, y son amorfos (debajo a la derecha).

Figura 3: Ejemplos de diferentes tipos de formas de cristal. A la izquierda, la pirita tiene una forma cúbica; la turmalina (al medio) es prismática; la azurita y la malaquita (a la derecha) son usualmente amorfas. image © Corel Corporation

Desafortunadamente, no siempre podemos observar la forma de cristal. Sólo podemos ver cristales perfectos cuando tienen la oportunidad de crecer dentro de una cavidad, como en una geoda. Sin embargo, cuando los cristales crecen en el contexto de un magma que se está enfriando, están compitiendo por el espacio con todos los otros cristales que están tratando de crecer y tienden a llenarse en cualquier espacio del que puedan disponer. La forma del cristal puede variar bastante dependiendo de la cantidad de espacio disponible, pero el ángulo entre las facetas del cristal siempre será el mismo.

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Which is more helpful in identifying a mineral?


Dureza

Mohs' scale of mineral hardness, where 1 is the softest and 10 is the hardest.

La dureza de un mineral puede ser probada de varias maneras. Comúnmente, se compara a los minerales raspándolos con un objeto de dureza conocida. Por ejemplo, si un clavo puede rayar un cristal, el clavo es más duro que ese mineral. En el año 1820, Friedrich Mohs, un minerólogo austríaco, desarrolló una escala de dureza relativa, basada en una prueba donde se raspa el mineral con un objeto. Así asignó números enteros a cada mineral, donde 1 es el más blando y 10 el más duro. A la derecha se muestra esta escala.

La escala no es lineal (el corundo es, en realidad, 4 veces más duro que el cuarzo) y otros métodos más recientes ofrecen medidas de dureza más rigurosas. A pesar de la falta de precisión en la escala de Moh, ésta sigue siendo útil porque es simple, fácil de recordar y fácil de probar. El acero de una navaja (un instrumento común que los geólogos llevan al terreno), se encuentra casi en el medio de su longuitud, así que es fácil distinguir la mitad superior de la inferior. Por ejemplo, el cuarzo y la calcita pueden parecerse mucho - ambos son claros, sin color, translúcidos y se presentan en una gran variedad de rocas. Pero una simple prueba de raspado puede distinguirlos; la navaja o el martillo rayan la calcita pero no el cuarzo. El yeso puede también parecerse mucho a la calcita, pero es tan blando que puede ser arañado con una uña.

La variaciones en la dureza hace que los minerales sean útiles para diferentes propósitos. La blandura de la calcita la hace apropiada para la escultura (el mármol está compuesto totalmente de calcita), mientras que la dureza del diamante hace que sea usado como un abrasivo para pulir rocas (ver el enlace Noticias y Eventos a la derecha).

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The hardness of a mineral can be determined by attempting to scratch it with a knife.


Brillo

El brillo de un mineral está dado por la manera en cómo refleja la luz. Esto puede parecer como algo difícil de distinguir, pero imagine la diferencia entre la manera cómo la luz se refleja en una ventana de vidrio y cómo se refleja en el parachoques de cromo brilloso. Un mineral que refleja la luz de la manera que lo hace el vidrio tiene un brillo vítreo (o vidrioso); un mineral que refleja la luz como lo hace el cromo, tiene un brillo metálico. Hay una variedad de posibilidades adicionales de brillo, incluidos resinosos, cereso, perlado (ver las fotos debajo). Los minerales que reflejan de manera tan brillante como el diamante tienen un brillo adamantino. Con un poco de práctica, el brillo es tan reconocible como el color y puede ser distinguido, particularmente para minerales que se producen en colores múltiples como el cuarzo.

Figura 4: Ejemplos de algunos de los diferentes brillos que pueden ser vistos en los minerales. La galena (a la izquierda) tiene un brillo metálico, el ámbar (al centro) es resinoso y el cuarzo (a la derecha) es vidrioso.


Densidad

La densidad de los minerales varía de 1.01 g/cm3 a aproximadamente 17.5 g/cm3. La densidad del agua es 1 g/cm3, el hierro puro tiene una densidad de 7.6 g/cm3, el oro puro de 17.65 g/cm3. Por consiguiente, los minerales ocupan una escala de densidades entre el agua y el oro puro. Medir la densidad de un mineral específico requiere técnicas que toman bastante tiempo. La mayoría de los geólogos han desarrollado un sentido más intuitivo de lo que es la densidad “normal”, lo que es inusualmente pesado para su talla y lo que es inusualmente liviano. Por ejemplo, al “mover” o tantear una roca, los geólogos experimentados pueden generalmente adivinar si hay una cantidad inusual de minerales que contienen hierro o plomo, ya que se siente más pesada que una roca promedio del mismo tamaño.


Exfoliación y fractura

La mayoría de los minerales contienen debilidades inherentes dentro de su estructura atómica, un plano a lo largo del cual la fuerza del enlace es menor que los enlaces que lo rodean. Cuando el mineral se golpea con un martillo o se rompe de otra manera, éste tiende a romperse a lo largo de la debilidad inherente. Este tipo de fractura se llama clivaje y la calidad del clivaje varía de acuerdo a la fuerza del enlace. La biotita, por ejemplo, tiene capas de enlaces de hidrógeno extremadamente débiles que se rompen muy fácilmente, por lo tanto la biotita se rompe a lo largo de planos muy llanos y se considera que tiene un clivaje perfecto (ver la foto de arriba). Otros minerales se fracturan a lo largo de superficies planas con varios grados de aspereza. Se considera que éstos tienen un clivaje pobre.

Figure 5: Several conchoidal fractures are visible in this piece of quartz. Note the concave surface and the curved ribs. image © Clay Hamilton

Algunos minerales no tienen planos de debilidad en su estructura atómica. En vez de tener un clivaje, estos minerales se fracturan. El cuarzo se fractura de una manera muy distintiva, llamada concoidal, lo que produce una superficie cóncava con una serie de costillas arqueadas similares a la manera de cómo se fractura un vidrio (ver la foto de la derecha). Es más, para el quarzo, esta falta de clivaje es una propiedad distintiva.

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A mineral with perfect cleavage


Sistemas de clasificación mineral

Las propiedades físicas proporcionaron la principal base para la clasificación de minerales desde la Edad Media hasta mediados del 1800. Los minerales fueron agrupados de acuerdo a características como la dureza, por lo que el diamante y el corundo estaban en la misma clase de minerales. A medida que se desarrolló la habilidad para determinar la composición química de los minerales, surgió un nuevo sistema de clasificación. Muchos científicos contribuyeron al descubrimiento de fórmulas químicas minerales, pero James D. Dana, un científico minerologista de la Universidad de Yale (ver el enlace Biografía a la derecha), desarrolló desde 1850 a 1892, un sistema de clasificación de minerales basado en la composición química que ha sobrevivido hasta la actualidad. Dana agrupó minerales de acuerdo a sus aniones, tales como el óxido (compuesto con O2-), silicatos (compuesto con (SiO4)4-) y sulfatos (compuesto con (SO4)2-). Un sistema de clasificación química implicaba que los minerales que estaban agrupados teóricamente, tendían a aparecer juntos en rocas ya que tendían a desarrollarse bajo circunstancias químicas similares.

Las propiedades físicas todavía proveen la principal manera para la identificación de minerales, aunque ya no se usen para agrupar los minerales (del ejemplo superior, el corundo es un óxido, mientras que el diamante es un elemento puro, de modo que en el sistema de Dana están en grupos separados). Un agrupamiento basado en la composición resalta algunas asociaciones minerales comunes, lo cual permite a los geólogos adivinar con una rápida mirada y con bastante precisión, qué minerales se encuentran en una roca. De lejos, el más común de los minerales es el silicato, que compone aproximadamente el 90% de la costra terrestre. De los cientos de minerales llamados silicatos, sólo ocho son comunes, uno de los cuales es el cuarzo. Sin embargo, los minerales poco comunes son importantes, ya que incluyen algunos económicamente significativos como la galena, que es el mineral principal del plomo, y la apatita, un fosfáto que se extrae para producir ácido fosfórico y que se añade a los fertilizantes. El descubrimiento de nuevos depósitos minerales depende de la habilidad de los geólogos para identificar lo que ven sobre el terreno y, así, reconocer la presencia de minerales inusuales que deben ser explorados más detalladamente en el laboratorio. Una lupa, una navaja y mucha práctica son todavía los métodos más fáciles y baratos para identificar a los minerales.

Conceptos Clave

  • Propiedades que ayudan a geólogos a identificar un mineral en una roca son: color, dureza, brillo, formas de cristal, densidad y escisión.
  • La forma de cristal, la escisión y la dureza son determinados primordialmente por la estructura del cristal al nivel atómico.
  • El color y la densidad son determinados primordialmente por la composición química.
  • Los minerales son clasificados en la base de su composición quimica.

Lectura Adicional


Anne Egger, Ph.D. “Minerales II” Visionlearning Vol. EAS-2 (8), 2005.

El sumiso heredará la tierra, pero no los derechos minerales.
- J. Paul Getty