Mineral (definición e importancia)

DEFINICIÓN

Existen variadas definiciones sobre MINERAL, muchas de las cuales se encuentran en debate. No obstante, en este curso, para que la definición de mineral se considere completa, la misma debe contener las cinco características principales de un mineral. Estas son:

» Sólido homogéneo.

» De origen natural.

» Con una composición química definida.

» Disposición atómica ordenada.

» Formado por procesos inorgánicos.

Tomando lo anterior Klein y Hurlbut (1997) autores del Manual de Mineralogía basado en la obra de Dana, definen al mineral como:

Un SÓLIDO HOMOGÉNEO POR NATURALEZA con una COMPOSICIÓN QUÍMICA DEFINIDA (pero generalmente no fija) y una DISPOSICIÓN ATÓMICA ORDENADA. Normalmente se forma mediante un PROCESO INORGÁNICO… 

Del mismo modo y usando las cinco características se puede formar la siguiente definición: se considera mineral a todo sólido homogéneo de origen natural, que posea una composición química definida, no necesariamente fija. Además de una disposición atómica ordenada y que se haya formado normalmente por procesos inorgánicos.

Ahora bien, una vez acordado que el concepto de mineral esta sujeto a cinco características, vamos a estudiar cada una de ellas por separado y a detalla. 

1. SÓLIDO HOMOGÉNEO

¿Qué es sólido?... es algo que presenta forma propia, no se la da el medio que lo contiene, y opone resistencia al ser dividido.

Por su parte Wikipedia lo define como: uno de los cuatro estados de agregación de la materia¹ más conocidos y observables (siendo los otros:gas, líquido y plasma). Se caracteriza porque opone resistencia a cambios de forma y de volumen. Sus partículas se encuentran juntas y correctamente ordenadas. Las moléculas de un sólido tienen una gran cohesión y adoptan formas bien definidas. Un sólido presenta propiedades tales como: elasticidad, fragilidad, dureza, forma definida, alta densidad, flotación, inercia, tenacidad, maleabilidad, ductilidad (ver:https://es.wikipedia.org/wiki/S%C3%B3lido).

¹Se le llama así a los distintos estados o fases de la materia obtenidos al modificar sus condiciones de temperatura o presión.

¿Qué es homogéneo?... es una mezcla en la cual los distintos elementos que la componen están totalmente interrelacionados entre sí, a tal punto que no se distinguen unos de otros. La homogeneidad de una mezcla se puede determinar con simple visualización, se dice que se está en presencia de esta cuando no se pueden diferenciar las partes que la forman, aunque existen excepciones.  

ENTONCES…

¿Qué es un sólido homogéneo?... es todo aquello que tiene una gran cohesión, forma propia, cuyos elementos están totalmente interrelacionados y que opone resistencia a cambios de forma y volumen. ES DECIR: SUSTANCIA ÚNICA QUE NO PUEDE SER SUBDIVIDIDA FÍSICAMENTE EN SIMPLES COMPONENTES QUÍMICOS.

Por tal razón… 

»El H₂O en forma de hielo glaciar es un mineral, pero el agua en sí misma no lo es.

»El mercurio líquido, que se encuentra en algunos depósitos, según la definición, no es estrictamente un mineral. Sin embargo, según una clasificación de materiales naturales se le considera MINERALOIDE, al igual que el agua, ya que son sustancias que en química se comportan como mineral.

2. ORIGEN NATURAL

Que ha sido formado a partir de procesos naturales, sin intervención del Ser Humano.

Aquellas sustancias sistematizadas en el laboratorio, tomando en cuenta la definición aquí presentada, no son consideradas minerales. A pesar de que estas sustancias obtenidas por el hombre son idénticas a las naturales. Por lo cual, se le denominara mineral a aquel obtenido de forma natural, mientras que los producidos en laboratorios se denotaran: MINERALES SINTÉTICOS. 

3. COMPOSICIÓN QUÍMICA DEFINIDA

Se refiere a que se puede expresar mediante una fórmula química específica.

A veces es fija… como en el caso del CUARZO, considerado sustancia pura porque contiene los elementos sílice, oxigeno y se expresa de la forma: SiO₂. Igualmente ocurre con el CIRCÓN (ZrSiO₄), o la SILIMANITA (Al₂SiO₅), entre otros.

A veces no fija… la mayoría de los minerales no poseen una composición perfectamente definida. Ejemplo de esto: la DOLOMITA (Ca(Mg, Fe, Mn) CO₃)₂) que no es siempre un carbonato puro de Ca y Mg, sino que también puede presentar cantidades considerables de Fe y Mn en lugar de Mg. Del mismo modo pasa con la TURMALINA ((Na, Ca)(Li, Mg, Al)(Al, Fe, Mn)_6-). 

4. DISPOSICIÓN ATÓMICA ORDENADA

Quiere decir que los entramados de átomos o iones, que forman al mineral, se encuentran organizados siguiendo un modelo geométrico regular. Debido a esto los minerales son considerados sólidos cristalinos. Aquellos que no posean una disposición atómica ordenada se denotan: AMORFOS.

EJEMPLO de amorfos… vidrio volcánico (no clasificado como mineral por su composición altamente variable y falta de estructura interna ordenada), la limonita (un hidróxido de hierro) y el alofán (un hidrosilicato de aluminio), entre otros, se clasifican al igual que el agua y el mercurio líquido como MINERALOIDES.

5. PROCESO INORGÁNICO

Hace mención a que en el proceso de formación no debe haber presencia de restos de organismos vivos.

Pese a esto, existen varios compuestos producidos orgánicamente que se ajustan a la definición de mineral, estos se denotan: MINERALES BIOGÉNICOS.

EJEMPLO de minerales biogénicos… diversas formas de CaCo3 (calcita, aragonito, vaterita) y monohidrocalcita. CaCO₃.H₂O, son los minerales biogénicos más comunes. Otros minerales que pueden ser precipitados por organismos son: el opal (forma amorfa del SiO₂), la magnetita (Fe₃O₄₎, la fluorita (CaF₂), varios fosfatos, algunos sulfatos, óxidos – Mn y pirita (FeS₂), así como el azufre elemental.

ESQUEMA – DEFINICIÓN MINERALES

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IMPORTANCIA ECONÓMICA

Hoy por hoy los minerales forman parte esencial de nuestras vidas. La sociedad actual depende grandemente del uso de los minerales, desde la construcción hasta la manufactura de tecnología precisan de la presencia de estos. En el esquema mostrado a continuación se resumen algunos usos que se le dan a lo elementos derivados de los minerales…

ESQUEMA – IMPORTANCIA DE LOS MINERALES

G. M. Santiago

Recomiendo leer:

Capitulo 1. Introducción (Manual de Mineralogía vol. 1)

Mineralogía – Breve Historia

Desde sus inicios el Ser Humano ha estado relacionado con los minerales, evidencia de ello las Pinturas Rupestres que datan de la Prehistoria y las cuales junto a las herramientas de caza se consideran las expresiones artísticas más antiguas del Hombre. 

Pintura rupestre (Bisonte - Cueva de Altamira)

Para su arte el Hombre de las Cavernas usaba colorantes rojos derivados del mineral de hierro conocido como HEMATITES (Fe₂O₃) Oxido Férrico, denominado también HEMATITA U OLIGISTO. Del mismo modo empleó la PIROLUSITA (MnO₂) químicamente denominado DIÓXIDO DE MANGANESO, generalmente para las tonalidades negras.

Imágenes Guía Interactiva de Minerales y Rocas [(a) Pirolusita y (b) Hematites]

Al entrar en la Edad de Piedra el uso de los minerales tomó mayor relevancia. En el Paleolítico el hombre empleó la piedra tallada, mientras que al comenzar el Neolítico utilizó la piedra pulida. 

(a) Piedra tallada - Paleolítico y (b) Piedra pulida - Neolítico

Las evidencias de esta aplicación de los minerales se encuentran retratadas en las pinturas funerarias del Valle del Nilo, realizadas hace casi 5000 años, en ellas se tienen a laboriosos artesanos pesando malaquita y metales preciosos, fundiendo menas de mineral y elaborando delicados gemas de lapislázuli y esmeralda. Ya para la Edad de los Metales se ampliaron las posibilidades en el aprovechamiento de los minerales, con el fin de extraer los metales.

Pintura funeraria - Artesanos del Santuario de Amón en Karnak

Las primeras descripciones de rocas y minerales que se conservan se deben al filosofo griego, discípulo de Aristóteles, Theophrastus(372 – 287 a.C.) y al escritor romano Cayo Plinio Segundo (23 – 79 d.C.) por su obra “Historia Natural”, quien sentó las bases de estudio de la Mineralogía. 

Historia natural de Cayo Plinio Segundo, tomo segundo. Madrid Año 1629. 29x21 cm.

No fue sino en el año 1556 cuando nació formalmente la mineralogía como ciencia, gracias a la publicación del libro “De Re Metallica” escrito por el médico alemán Georgius Agricola.

Libro "De re Metallica" - Georgius Agricola

Posteriormente en 1669 Nicolas Steno aportó al desarrollo de la cristalografía (rama de la mineralogía) su estudio de los cristales de cuarzo. Steno observó que pese a las diferencias de procedencia, tamaño o constitución los ángulos entre las caras correspondientes eran constantes.

Transcurrido más de un siglo, en 1780 Carangeot inventó el Goniómetro de ContactO¹. En los años subsiguientes se continuaron los avances significativos en la cristalografía. Teniéndose de esos hallazgos como el más destacado al de René J. Haüy en 1801, quien por medio de un estudio de cientos de cristales desarrollo la teoría de los índices racionales para las caras de un cristal.

Goniómetro de Contacto o de Carangeot

¹Instrumento para medir los ángulos interfaciales de un cristal.

En 1809 Wollaston inventó el Goniómetro de Reflexión, el cual a diferencia del Goniómetro de Contacto proporcionó mayor exactitud a las medidas, tanto de los cristales artificiales como las de los formados naturalmente. Convirtiendo de esta manera a la cristalografía en una ciencia exacta.

Los principios de la actual clasificación química de los minerales lo establecieron entre 1779 y 1848 Berzelius, químico suizo, y sus discípulos. Más tarde en 1815 nace el “método de inmersión²” de las manos del célebre naturista francés Cordier, por quien se bautizó a un mineral cordierita.

Imagen todocoleccion (Cordierita)

²Método que consiste en observar a través de un microscopio fragmentos de mineral triturado sumergidos en agua. Se convirtió en su tiempo en una de las técnicas más importantes para el estudio de las propiedades ópticas de los minerales. 

La implementación del microscopio en el estudio de la mineralogía se amplió con la creación del “microscopio de luz poralizada³”, en 1828, por el escocés, William Nicol. 

Microscopio de luz poralizada

³Dispositivo de polarización que permite el estudio sistemático del comportamiento de la luz en las sustancias cristalinas.

Los fundamentos para la cristalografía de rayos X vinieron de la mano, a finales del siglo XIX, de los estudiosos Ferodov, Schoenflies y Barlow, los cuales desarrollaron las teorías para la simetría interna y la ordenación en el interior de los cristales.

Con la llegada del siglo XX se abrió paso a nuevos descubrimientos, el más notable corresponde a Max von Laude, de la Universidad de Munich, quien en 1912 a partir de un experimento realizado por Friedrich y Knipping, demostró que los cristales podían difractar los rayos X.

En el año 1914, gracias a la difracción de rayos X, los hermanos Bragg, publicaron en Inglaterra las primeras determinaciones de la estructura interna de un cristal.

Sin embargo, al comienzo de la década de 1960 se amplió el estudio de la microescala con el microensayo electrónico. Desde entonces la mayoría de los análisis minerales se hacen implementando microsondas electrónicas.

En 1970 se sumó otro instrumento de haz electrónico, el microscopio electrónico de transmisión de alta resolución (HRTEM en su sigla inglesa) que permite el estudio de materiales cristalinos en una resolución que se aproxima a la escala de las distancias atómicas.

Microscopio electrónico analítico de transmisión de alta resolución JEOL-2000 FXII

Actualmente la mineralogía abarca una amplia área de estudio que incluye rayos X, electrones y difracción de neutrones por minerales, síntesis de minerales, física de cristales, evaluación de la estabilidad termodinámica de los minerales, petrografía, petrología, petrología experimental y aspectos de metalurgia y cerámica. 

Tal como toda ciencia la mineralogía hoy por hoy continua en avance, es por ello que para estar al día es necesario permanecer en constante investigación y lectura… En este curso veremos y entenderemos muchos de los aportes de la mineralogía mencionados aquí. 

G. M. Santiago

Recomiendo leer:

Capitulo 1. Introducción (Manual de Mineralogía vol. 1)

Pueden descargar los capítulos (01 al 09) por medio de este enlace:

http://www.mediafire.com/download/q48dv3hpbbpi0so/Geolibros_Manual_Mine.rar

Bienvenidos…

http://www.pgr.gob.ni/boletin/boletin20150427_06/Earth.jpg

Dada la gran cantidad de información... sobre minerales y rocas que se tienen disponibles, el presente Blog fue creado con la finalidad de brindarle al estudiante un medio que le sirva de introducción y guía en lo que respecta a la cátedra de Mineralogía y Petrología.

Así que, jóvenes pupilos, BIENVENIDOS... espero que la siguiente herramienta contribuya en su formación como futuros ingenieros.

G. M. Santiago