Objetivos de Aprendizaje
Al finalizar este módulo, serás capaz de:
Definir qué es un mineral y cuáles son sus cinco características esenciales.
Diferenciar entre mineral y roca.
Comprender la estructura básica del átomo y los tipos de enlaces químicos que forman los minerales.
Explicar qué son los isótopos y la desintegración radiactiva.
Describir cómo se forman los minerales (cristalización).
Comprender el concepto de polimorfismo y su importancia.
Identificar las principales propiedades físicas de los minerales y cómo se utilizan para su identificación.
Clasificar los minerales en silicatos y no silicatados.
Describir la estructura del tetraedro silicio-oxígeno y los diferentes tipos de silicatos.
Reconocer los minerales formadores de roca más comunes y sus características.
1. INTRODUCCIÓN A LA MINERALOGÍA
La mineralogía es la rama de la geología que estudia los minerales, sus propiedades, composición, estructura interna y distribución en la Tierra.
Importancia de los minerales en la vida cotidiana:
Grafito: Minas de lápices.
Talco: Polvos para el baño y cosméticos.
Diamante: Brocas dentales, abrasivos industriales.
Cuarzo: Fuente de silicio para chips de ordenador.
Minerales metálicos: Aluminio (latas), cobre (cables eléctricos), oro y plata (joyería).
Prácticamente todos los productos fabricados contienen materiales obtenidos de minerales.
2. DEFINICIÓN DE MINERAL
Un mineral se define como un sólido inorgánico natural que posee una estructura cristalina ordenada y una composición química bien definida.
Las 5 características que debe cumplir un mineral:
| Característica | Explicación |
|---|---|
| 1. Aparece de forma natural | Se forma por procesos geológicos naturales. Los diamantes sintéticos NO son minerales. |
| 2. Sustancia sólida | Debe ser sólido a temperaturas normales de la corteza terrestre. El hielo (agua congelada) SÍ es mineral; el agua líquida NO. |
| 3. Estructura cristalina ordenada | Sus átomos están dispuestos en un modelo ordenado y repetitivo. La obsidiana (vidrio volcánico) NO es mineral. |
| 4. Composición química definida | Tiene una fórmula química específica, aunque puede variar dentro de límites. Ej: Pirita (FeS₂). |
| 5. Normalmente inorgánico | Los compuestos orgánicos no son minerales, pero conchas y corales enterrados SÍ se consideran minerales. |
3. DIFERENCIA ENTRE MINERAL Y ROCA
| Mineral | Roca |
|---|---|
| Sustancia natural con composición química definida y estructura cristalina | Masa sólida natural compuesta por uno o más minerales |
| Ejemplo: Cuarzo, feldespato, mica | Ejemplo: Granito (compuesto por cuarzo + feldespato + mica) |
| El granito de la Figura 3.2 muestra tres minerales diferentes fácilmente identificables. |
Nota importante: Algunas rocas están compuestas de materia no mineral, como la obsidiana (vidrio volcánico no cristalino) o el carbón (restos orgánicos).
4. ESTRUCTURA DEL ÁTOMO
Los minerales están compuestos por átomos, que son las partículas más pequeñas que no pueden dividirse químicamente.
Partículas subatómicas:
| Partícula | Carga eléctrica | Ubicación |
|---|---|---|
| Protón | +1 | Núcleo |
| Neutrón | 0 (neutra) | Núcleo |
| Electrón | -1 | Orbitando el núcleo en capas |
Los protones y neutrones tienen masas casi idénticas.
Los electrones tienen masa despreciable (1/2.000 de un protón).
En condiciones normales, la materia tiene igual número de protones y electrones, por lo que es eléctricamente neutra.
Capas principales y electrones de valencia:
Los electrones se organizan en capas principales alrededor del núcleo.
La capa más externa contiene los electrones de valencia, que son los responsables de formar enlaces químicos con otros átomos.
Elementos y número atómico:
El número atómico es el número de protones en el núcleo.
Un elemento es un grupo de átomos con el mismo número atómico.
Existen unos 90 elementos naturales y 23 sintéticos.
Ejemplos: Todos los átomos con 6 protones son carbono; con 8 protones son oxígeno.
5. ¿POR QUÉ SE UNEN LOS ÁTOMOS?
Los átomos se unen para alcanzar una configuración electrónica estable, generalmente con 8 electrones en su capa externa (regla del octeto), como los gases nobles.
Tipos de enlaces químicos:
| Tipo de enlace | Mecanismo | Ejemplo |
|---|---|---|
| Enlace iónico | Transferencia de electrones de un átomo a otro, formando iones con carga opuesta que se atraen | Halita (NaCl): el Na cede un electrón al Cl |
| Enlace covalente | Compartición de electrones entre átomos | Diamante (C), molécula de H₂ |
| Enlace metálico | Electrones de valencia se mueven libremente entre todos los átomos | Cobre, oro, plata |
| Enlaces híbridos | Combinación de características iónicas y covalentes | Silicatos |
Iones:
Catión: Ion con carga positiva (pierde electrones).
Anión: Ion con carga negativa (gana electrones).
6. ISÓTOPOS Y DESINTEGRACIÓN RADIACTIVA
Isótopos:
Átomos del mismo elemento (mismo número de protones) pero con diferente número de neutrones.
Se identifican por su número másico (protones + neutrones).
Ejemplo: Carbono-12 (6p + 6n), Carbono-14 (6p + 8n).
Químicamente se comportan igual, pero algunos son inestables.
Desintegración radiactiva:
Proceso espontáneo por el cual núcleos inestables emiten energía y partículas, transformándose en otros elementos.
Importancia: La energía liberada contribuye al calor interno de la Tierra y permite datar rocas y minerales (Capítulo 9).
7. CRISTALES Y CRISTALIZACIÓN
Cristal:
Cualquier sólido natural con una estructura atómica ordenada y repetitiva. Puede tener o no caras lisas.
¿Cómo se forman los minerales? (Cristalización)
| Proceso | Descripción | Ejemplo |
|---|---|---|
| Evaporación | El agua se evapora, la disolución se satura y los iones precipitan formando cristales | Halita en el Mar Muerto, Great Salt Lake |
| Precipitación en cavidades | Aguas subterráneas depositan minerales en fracturas y huecos | Geodas con cuarzo o amatista |
| Enfriamiento de magma | Al enfriarse el magma, los átomos se ordenan y forman cristales | Rocas ígneas (granito, basalto) |
| Procesos biológicos | Organismos marinos secretan minerales | Conchas de calcita, arrecifes de coral |
Geodas:
Objetos esféricos con cristales que se proyectan hacia el interior, formados en cavidades de rocas.
8. ESTRUCTURA CRISTALINA
Difracción de rayos X:
Técnica que permite visualizar la disposición de los átomos en un cristal. Cada mineral produce un patrón único.
Tamaños iónicos:
Los aniones (iones negativos) suelen ser más grandes que los cationes (iones positivos).
Los minerales con cationes más grandes suelen ser menos densos que los de cationes pequeños.
Celdas unitarias:
Son las unidades básicas de construcción de los cristales. Se repiten en tres dimensiones formando la estructura cristalina.
| Mineral | Forma de la celda unidad | Forma del cristal |
|---|---|---|
| Halita | Cúbica | Cubos |
| Fluorita | Cúbica | Cubos |
| Magnetita | Cúbica | Octaedros |
| Granate | Cúbica | Dodecaedros |
Ley de Steno (Ley de la constancia de los ángulos interfaciales):
Los ángulos entre caras equivalentes de cristales del mismo mineral son siempre los mismos, independientemente del tamaño o lugar de origen.
9. VARIACIONES EN LOS MINERALES
Variaciones de composición (Solución sólida):
Iones de tamaño similar pueden sustituirse entre sí sin alterar la estructura del mineral.
Ejemplo: Olivino (Mg,Fe)₂SiO₄. El Mg²⁺ y Fe²⁺ tienen tamaño y carga similar, por lo que pueden intercambiarse. El olivino puede ser rico en Mg (fosterita) o rico en Fe (fayalita).
Variaciones estructurales (Polimorfismo):
Minerales con la misma composición química pero diferente estructura interna.
Ejemplo clásico: Diamante y grafito (ambos son carbono puro, C).
| Propiedad | Diamante | Grafito |
|---|---|---|
| Estructura | Tridimensional compacta | Láminas débilmente unidas |
| Dureza | 10 (el más duro) | 1 (muy blando) |
| Formación | Altas presiones y temperaturas (~200 km profundidad) | Bajas presiones |
| Uso | Joyería, abrasivos | Minas de lápiz, lubricante |
Otros ejemplos: Calcita y aragonito (ambos CaCO₃).
10. PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS MINERALES
Cada mineral tiene un conjunto único de propiedades físicas que permiten su identificación.
10.1. Propiedades ópticas
| Propiedad | Descripción | Ejemplos |
|---|---|---|
| Brillo | Aspecto de la luz reflejada | Metálico (galena), vítreo (cuarzo), perlado (mica), sedoso, graso, terroso |
| Color | Característica más obvia pero poco fiable | El cuarzo puede ser rosa, morado, amarillo, blanco, gris, negro |
| Raya | Color del mineral en polvo (frotando contra placa de porcelana) | Más fiable que el color. La hematites tiene raya rojo-pardusca |
| Transparencia | Capacidad de transmitir luz | Opaco, translúcido, transparente |
10.2. Forma o hábito del cristal
| Hábito | Descripción | Ejemplo |
|---|---|---|
| Acicular | Alargado como agujas | |
| Prismático | Alargado con caras paralelas | |
| Tabular | Aplanado | |
| Fibroso | Como fibras | Asbesto |
| Botroidal | Como racimo de uvas | |
| Bandeado | Bandas de diferente color | Ágata |
10.3. Fuerza mineral
| Propiedad | Descripción | Ejemplos |
|---|---|---|
| Tenacidad | Resistencia a romperse o deformarse | Quebradizo (halita), maleable (cobre), séctil (yeso), elástico (micas) |
| Dureza | Resistencia al rayado (Escala de Mohs) | Ver tabla |
| Exfoliación | Rotura por planos de enlaces débiles | Mica (1 dirección), feldespato (2 direcciones a 90°), halita (3 direcciones a 90°), calcita (3 direcciones no perpendiculares) |
| Fractura | Rotura irregular | Concoidea (cuarzo), astillosa, fibrosa, irregular |
Escala de dureza de Mohs:
| Dureza | Mineral de referencia | Comparación |
|---|---|---|
| 1 | Talco | |
| 2 | Yeso | Se raya con la uña (2,5) |
| 3 | Calcita | Raya una uña, pero no el vidrio |
| 4 | Fluorita | |
| 5 | Apatito | |
| 6 | Ortosa | |
| 7 | Cuarzo | Raya el vidrio (5,5) |
| 8 | Topacio | |
| 9 | Corindón | |
| 10 | Diamante | El más duro |
10.4. Densidad y peso específico
Densidad: Masa por unidad de volumen (g/cm³).
Peso específico: Relación entre el peso del mineral y el peso de un volumen igual de agua (sin unidades).
Minerales comunes: 2-3 (cuarzo = 2,65).
Minerales metálicos: >5 (galena ≈ 7,5; oro ≈ 20).
10.5. Otras propiedades
| Propiedad | Descripción | Mineral |
|---|---|---|
| Magnetismo | Atraído por un imán | Magnetita |
| Sabor | Salado | Halita |
| Tacto | Jabonoso | Talco |
| Olor | A huevos podridos al rayarlo | Minerales con azufre |
| Birrefringencia | Doble imagen al mirar a través | Calcita |
| Reacción con HCl | Efervescencia (libera CO₂) | Calcita (fuerte), dolomita (débil en polvo) |
11. CLASIFICACIÓN DE LOS MINERALES
Los minerales se clasifican en clases según el anión o complejo aniónico que contienen.
Abundancia de elementos en la corteza continental:
Oxígeno (O)
Silicio (Si)
Aluminio (Al)
Hierro (Fe)
Calcio (Ca)
Sodio (Na)
Potasio (K)
Magnesio (Mg)
El 98% de la corteza continental está compuesta por estos 8 elementos.
Principales clases minerales:
| Clase | Anión/Complejo | Ejemplo | Fórmula |
|---|---|---|---|
| Silicatos | (SiO₄)⁴⁻ | Cuarzo | SiO₂ |
| Carbonatos | (CO₃)²⁻ | Calcita | CaCO₃ |
| Haluros | Cl⁻, F⁻, Br⁻, I⁻ | Halita | NaCl |
| Óxidos | O²⁻ | Hematites | Fe₂O₃ |
| Hidróxidos | (OH)⁻ | Gibbsita | Al(OH)₃ |
| Sulfatos | (SO₄)²⁻ | Yeso | CaSO₄·2H₂O |
| Sulfuros | S²⁻ | Pirita | FeS₂ |
| Fosfatos | (PO₄)³⁻ | Apatito | Ca₅(PO₄)₃(OH,F,Cl) |
| Elementos nativos | - | Oro, cobre, diamante | Au, Cu, C |
12. LOS SILICATOS (EL GRUPO MÁS IMPORTANTE)
Los silicatos representan más del 90% de la corteza terrestre. Todos contienen silicio y oxígeno.
12.1. El tetraedro silicio-oxígeno
Unidad básica de todos los silicatos: (SiO₄)⁴⁻.
Consiste en un ion silicio (Si⁴⁺) en el centro, rodeado por cuatro iones oxígeno (O²⁻) en los vértices de un tetraedro.
El tetraedro tiene carga -4, por lo que necesita cationes para equilibrarse.
12.2. Tipos de estructuras de silicatos
| Estructura | Compartición de oxígenos | Relación Si:O | Ejemplos |
|---|---|---|---|
| Tetraedros independientes | 0 compartidos | 1:4 | Olivino |
| Cadenas sencillas | 2 compartidos | 1:3 | Piroxenos (augita) |
| Cadenas dobles | Alternancia | 4:11 | Anfíboles (hornblenda) |
| Estructuras laminares | 3 compartidos | 2:5 | Micas, arcillas |
| Estructuras tridimensionales | 4 compartidos | 1:2 | Cuarzo, feldespatos |
12.3. Clasificación de los silicatos
Silicatos claros (no ferromagnesianos):
Sin hierro ni magnesio.
Color claro.
Peso específico bajo (~2,7).
| Mineral | Características | Fórmula |
|---|---|---|
| Feldespato potásico | Color crema, rosa; dos exfoliaciones a 90° | KAlSi₃O₈ |
| Plagioclasa | Blanco/gris; estriaciones en caras de exfoliación | (Na,Ca)AlSi₃O₈ |
| Cuarzo | Duro, sin exfoliación, fractura concoidea, varios colores | SiO₂ |
| Moscovita | Mica clara, exfoliación perfecta en una dirección, brillo perlado | |
| Minerales de arcilla | Grano muy fino, estructura laminar, tacto jabonoso cuando húmedos | Caolinita |
Silicatos oscuros (ferromagnesianos):
Contienen hierro (Fe) y/o magnesio (Mg).
Color oscuro.
Peso específico más alto (3,2 - 3,6).
| Mineral | Características | Fórmula |
|---|---|---|
| Olivino | Verde oliva a negro, granular, fractura concoidea | (Mg,Fe)₂SiO₄ |
| Augita (piroxeno) | Negro, dos exfoliaciones a ~90°, cristales achaparrados | |
| Hornblenda (anfibol) | Verde oscuro a negro, dos exfoliaciones a 60° y 120°, cristales alargados | |
| Biotita | Mica negra, exfoliación perfecta en una dirección, brillo brillante | |
| Granate | Rojo oscuro a marrón, sin exfoliación, fractura concoidea, cristales equidimensionales |
13. MINERALES NO SILICATADOS IMPORTANTES
Aunque solo constituyen el 8% de la corteza, muchos son económicamente vitales.
13.1. Carbonatos
| Mineral | Fórmula | Características | Uso |
|---|---|---|---|
| Calcita | CaCO₃ | Exfoliación romboédrica, dureza 3, efervescencia con HCl | Cemento, cal |
| Dolomita | CaMg(CO₃)₂ | Similar a calcita, reacciona débilmente con HCl | Cemento, cal |
13.2. Haluros
| Mineral | Fórmula | Características | Uso |
|---|---|---|---|
| Halita | NaCl | Sal común, sabor salado, cúbica | Alimentación |
| Fluorita | CaF₂ | Cúbica, varios colores | Fundente en acero |
| Silvina | KCl | Amarga | Fertilizante |
13.3. Óxidos
| Mineral | Fórmula | Características | Uso |
|---|---|---|---|
| Hematites | Fe₂O₃ | Raya rojo-pardusca | Mena de hierro |
| Magnetita | Fe₃O₄ | Magnética, negra | Mena de hierro |
| Corindón | Al₂O₃ | Dureza 9 | Gema (rubí, zafiro), abrasivo |
| Hielo | H₂O | Forma sólida del agua |
13.4. Sulfuros
| Mineral | Fórmula | Uso |
|---|---|---|
| Galena | PbS | Mena de plomo |
| Esfalerita | ZnS | Mena de cinc |
| Pirita | FeS₂ | Ácido sulfúrico (oro de los tontos) |
| Calcopirita | CuFeS₂ | Mena de cobre |
| Cinabrio | HgS | Mena de mercurio |
13.5. Sulfatos
| Mineral | Fórmula | Uso |
|---|---|---|
| Yeso | CaSO₄·2H₂O | Yeso comercial, paneles de construcción |
| Anhidrita | CaSO₄ | Yeso comercial |
| Baritina | BaSO₄ | Lodo de perforación |
13.6. Elementos nativos
| Mineral | Fórmula | Uso |
|---|---|---|
| Oro | Au | Joyería, comercio |
| Cobre | Cu | Conductor eléctrico |
| Plata | Ag | Joyería, fotografía |
| Platino | Pt | Catalizador, joyería |
| Diamante | C | Gema, abrasivo |
| Grafito | C | Minas de lápiz, lubricante |
| Azufre | S | Productos químicos, fármacos |
14. RECUADROS DE INTERÉS
14.1. El asbesto
Término comercial para silicatos que se separan en fibras delgadas, fuertes, flexibles y resistentes al calor.
Crisotilo (asbesto blanco): 90% del asbesto comercial, fibras curvas, relativamente seguro.
Anfíboles (asbesto azul y marrón): Fibras rectas, penetran pulmones, cancerígenos.
Usos históricos: aislamiento, cemento, tejas, tuberías.
Riesgos: asbestosis, mesotelioma, cáncer de pulmón.
14.2. Piedras preciosas
Rubí: Corindón rojo (por cromo).
Zafiro: Corindón de cualquier otro color (azul por titanio y hierro).
El mismo mineral puede tener nombre diferente según su color y calidad.
Muchas gemas derivan del cuarzo (amatista, citrino, etc.).
Referencia:
- Tarbuck, E. J., Lutgens, F. K., & Tasa, D. (2013). Ciencias de la tierra: una introducción a la geología física.
