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Capítulo 1. Fundamentos de Mineralogía

Objetivo particular

Reconocer las características y elementos de un mineral poder valuar sus componentes.

Palabras clave: mineral, propiedades, reflexión, refracción

1.1 CONCEPTOS BÁSICOS

La Mineralogía es la rama de la Geología que estudia las propiedades físicas y químicas de los minerales que se encuentran en el planeta en sus diferentes estados de agregación (g).

La Mineralogía se clasifica en descriptiva la cual realiza una clasificación de los minerales de acuerdo a sus propiedades y formas de aparición para determinar sus usos. La Mineralogía determinativa se encarga de realizar la identificación de los minerales de acuerdo a las propiedades físicas y a sus propiedades químicas con lo cual se determinan sus propiedades cristalográficas.

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1.2 CLASIFICACIÓN DE LOS MINERALES

Como en todas las Ciencias Naturales, es indispensable clasificar a los minerales mediante un sistema que permita compararlos entre sí e identificarlos. Los criterios de esta clasificación han evolucionado al mismo tiempo que la Mineralogía, algunas clasificaciones consideran su composición química y su estructura interna.

Este sistema se ha adoptado universalmente y se aplica casi en la mayoría de las grandes colecciones mineralógicas, pero esta clasificación cristaloquímica presenta algunos inconvenientes. Es cierto que la mayor parte de los minerales poseen una composición química constante que es fácilmente detectable en un espécimen, pero algunos tienen una composición química variable, aunque conserven su estructura cristalina.

Los minerales que tienen en común la composición química, la estructura interna y las propiedades físicas conforman a las “especies mineralógicas”; los minerales que contienen una pequeña cantidad de otro elemento, o aquellos que teniendo la misma composición química o estructura cristalina difieren exteriormente de la especie considerada, se denominan “variedades”.

Existe un sistema de clasificación de minerales sobre la base de su composición química creado por Karl Hugo Strunz (1910-2006), este es:

(Revisa la biografía para conocer un poco más del autor)

1. Elementos nativos 2. Sulfuros 3. Halogenuros 4. Oxidos/Hidróxidos 5. Nitratos, Carbonatos, Boratos

6. Sulfatos (Wolframatos, Cromatos, Molibdatos)

7. Fosfatos, Arseniatos, Vanadatos 8. Silicatos 9. Minerales orgánicos

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1.3 FORMACIÓN DE LOS MINERALES

Para comprender el origen de los minerales existentes y de los que continuamente se están formando en la superficie y en el interior de la Tierra, es importante conocer las condiciones de su formación.

La formación de minerales es el resultado de procesos químicos y físicos que se verifican en todas las épocas geológicas y que aún continúan manifestándose.

Los minerales se originan a través de tres procesos fundamentales:

Magmático

•Conduce a la formación de minerales por solidificación del magma.

Metamórfico

•Es toda la transformación estructural, mineralógica y química que se produce en las rocas bajo el efecto de la temperatura, la presión y los fluidos circulantes.

Sedimentario •Es la erosión mecánica y las alteraciones químicas de rocas ya existentes. Estos procesos se originan sin la acción de grandes presiones o temperaturas.

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1.3.1Proceso Magmático

Teniendo en cuenta la rapidez con la que se produce el enfriamiento del magma emanado de la erupción de los volcanes, se pueden dar tres situaciones:

• Si la consolidación se produce en profundidad, bajo presiones elevadas, los gases magmáticos y el lento enfriamiento favorecen la cristalización (g).

• A veces la cristalización de distintos minerales no es simultánea, sino que sucede de forma selectiva y se completa según va disminuyendo la temperatura.

• Los magmas se encuentran generalmente a gran profundidad pero en ocasiones pueden alcanzar la superficie dando origen a una actividad volcánica superior, en este caso el magma se solidifica creando una masa rocosa compacta, a veces granulosa.

1.3.2Proceso metamórfico

Hay dos tipos de metamorfismo: térmico y regional

Térmico Las intrusiones (g) magmáticas provocan fenómenos de metamorfismo en rocas incandescentes. Los minerales más característicos dentro de este tipo de metamorfismo son: granates, sillimanita, cordierita, vesubiana, espinela, piroxeno, pirita, etc.

Regional Se desarrolla en grandes extensiones de la corteza terrestre sujetas a hundimientos y dislocaciones. Se distinguen tres en función de profundidad son: epizona, mesozona y catazona.

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1.3.3Proceso sedimentario

La mayor parte de los minerales que podemos encontrar en las rocas sedimentarias provienen de la erosión mecánica y alteraciones químicas de rocas ya existentes. Estos procesos se producen sin la acción de grandes presiones o temperaturas.

Pueden ser clasificados teniendo en cuenta los mismos criterios utilizados por las rocas sedimentarias, de este modo, tenemos:

minerales de depósito mecánico, son principalmente detritos (g) que trasportados y depositados sufren un proceso de consolidación o cementación, por ejemplo las limonitas.

minerales de depósito químico, se forman por precipitación de sustancias que se encontraban en disolución (g).

minerales de depósito orgánico y bioquímico, en su formación interviene directamente la acción de organismos vivos.

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En el siguiente esquema podemos observar la clasificación de las rocas sedimentarias:

Las rocas sedimentarias pueden ser detríticas o clásticas las que se clasifican de acuerdo a su tamaño de clastos, Lutita, arenisca, conglomerado, brecha, limonita y forman grava, arena, limo y arcilla.

Las rocas químicas se clasifican según su composición mineral en; carbonato, de sílice y evaporitas.

Las rocas organógenas se clasifican en carbonácea y kerógenas dando turba, lignito y carbón.

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Para realizar las actividades de aprendizaje, deberás apoyarte en el documento “Actividades de aprendizaje” en donde encontrarás los formatos que deberás enviar por correo electrónico.

1. Clasifica los Minerales

2. Flujograma

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1.4 PROPIEDADES DE LOS MINERALES

A continuación se enlistan diversas propiedades de los minerales que se deben tomar en cuenta.

1.4.1Propiedades físicas

Clivaje

Se dice que un material cristalino se puede romper o partir a lo largo de superficies planas, mejor conocidas como planos de clivaje. Estos planos están siempre paralelos a caras o posibles caras cristalinas existentes. Si las caras del cristal son una expresión externa de un ordenamiento interno, entonces en consecuencia el clivaje es una expresión del arreglo de átomos.

Fractura

Es una rotura en una dirección diferente a la del clivaje o sea que no sigue la dirección de los planos del clivaje, lo que ocasiona que no se rompa de manera “uniforme”.

Tenacidad

La tenacidad se refiere a la resistencia que una sustancia presenta a romperse (Fractura o Clivaje), depende de la fuerza de cohesión entre átomos.

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Durabilidad

La durabilidad de una gema depende tanto de su dureza como de su tenacidad. Puede ser muy tenaz como el jade pero rayarse muy fácilmente, o puede ser bastante duro como el topacio, pero clivarse debido a la falta de tenacidad.

Luminiscencia

Es la emisión de luz no causada por combustión y que, por tanto, tiene lugar a temperaturas menores. Un ejemplo de luminiscencia es la luz que emiten algunas pegatinas o adhesivos que brillan en la oscuridad después de haber sido expuestas a la luz natural o artificial. La luminiscencia es distinta de la incandescencia, que es la producción de luz por materiales calentados.

Termoluminiscencia

Es la capacidad de producir luz visible cuando son calentados a una temperatura por debajo del rojo. En la termoluminiscencia el calor no es la fuente primaria de energía sino el desencadenante de la reacción. La variedad de la fluorita llamada clorofana emite una radiación verde característica y otros minerales termoluminiscentes son la cerusita, el apatito, la escalopita, la lepidolita y ciertos feldespatos.

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Triboluminiscencia

Es la propiedad que poseen ciertos minerales de hacerse luminosos al ser sometidos a acciones mecánicas tales como ser molidos, rayados o rotados. Se trata de minerales en su mayor parte no metálicos y con una buena exfoliación. La fluorita, la esfalerita, la lepidolita, y en menos medida la pectolita, la ambligonita, los feldespatos y la calcita presentan esta propiedad.

Fluorescencia

Fenómeno físico mediante el cual ciertas substancias absorben energía emitiéndola en forma de luz o de otro tipo de radiación (g) electromagnética. La fluorescencia tiene lugar únicamente mientras dura el estímulo que la provoca, desapareciendo ambos simultáneamente. Este fenómeno puede obtenerse por varios medios como luz ultravioleta, rayos X o rayos catódicos.

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Fosforescencia

A diferencia de la fluorescencia la fosforescencia se mantiene durante algún tiempo con posterioridad a la desaparición del estímulo que la provoca, ya que la energía absorbida se libera lentamente.

Para que la energía emitida sea visible, depende de tres factores:

• El tamaño de los átomos (g) que constituyen la gema • El tamaño de los átomos de las impurezas • Entre qué niveles de energía o capas, se mueven los electrones (g) cuando reciben o emiten

energía

Es bastante común encontrar ciertos ejemplares de una misma especie, como sucede con el diamante en que unos flourescen y otros son inertes.

3. Relación de imágenes

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1.4.2 Propiedades ópticas

Las propiedades ópticas son en realidad resultado del efecto que una sustancia vierte sobre la luz al transmitirla o reflejarla. Estas propiedades permiten una identificación rápida, segura y certera tanto en piedras montadas como sueltas

a) Naturaleza de la luz

La luz visible, ya sea emitida por el sol, una vela o un foco, es una forma de energía radiante, así llamada porque irradia o se despliega de su fuente. La porción del espectro de energía radiante del sol que nosotros podemos ver representa sólo una pequeña parte del total, el resto es invisible.

El espectro electromagnético incluye todas las formas de energía radiante: luz infrarroja, luz visible, luz ultravioleta, ondas de radio y TV, rayos X y rayos cósmicos. Todas estas formas de energía radiante tienen dos propiedades en común:

a) Viajan en el aire a una velocidad de 300,000 km/seg. b) Se les imagina como un viaje ondulado.

Este movimiento es similar a las ondas en el agua. Una longitud de onda es la distancia entre dos puntos de dos ondas consecutivas exactamente iguales.

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La porción del espectro electromagnético que es de primerísima importancia para el gemólogo, es la luz visible. Esta luz va desde rojo, pasando por naranja, amarillo, verde, azul, hasta el violeta (la onda más corta).

Cuando todas estas ondas se mezclan, tal como las vemos comúnmente, resulta la luz blanca, que varía de 400 nanómetros (nm) del violeta a 780 nm del rojo (nm = una millonésima de mm).

Fuentes de luz

Hay dos fuentes básicas de luz: incandescente y luminiscencia. Una masa sólida puede ser una fuente de luz incandescente, ejemplos: un metal es calentado hasta un punto donde empieza a emitir radiación visible; el foco tiene un delgado filamento que es calentado por electricidad hasta que empieza a emitir luz. Por el contrario, la luminiscencia no involucra altas temperaturas.

Reflexión y Refracción

Cuando un rayo de luz llega a una superficie, tal como una faceta de una gema, parte de esa luz penetra la piedra y otra parte es reflejada. Como la piedra es más densa que el aire, la luz que entra en la piedra se ve disminuida en su velocidad y esto provoca que se desvíe o refracte.

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Cuando el material que la luz atraviesa tiene paredes paralelas como en el caso de los vidrios de una ventana, la dirección de la luz que sale de él será la misma que traía antes de penetrarlo. Si los lados del material no son paralelos, la luz no regresará a su dirección original. No toda la luz que llega a la superficie penetra en el material, parte de ella es rebotada o reflejada. Esto es lo que sucede con los espejos.

Otras superficies generalmente no reflejan tanta luz como un espejo, sin embargo, sí reflejan una parte. Si la luz llega formando un ángulo oblicuo, la luz reflejada formará un ángulo igual pero opuesto al que tiene.

Índice de Refracción

El índice de refracción es el número adimensional (g) que expresa la relación existente entre la velocidad de la luz en el aire y la velocidad de la luz en el medio más denso (la gema). La medida de los índices de refracción de las gemas es fundamental para su identificación.

Se lleva a cabo por medio de refractómetros, que son aparatos ópticos de precisión, pero de sencillo principio operativo y manejo.

La medida de los índices de refracción se complica por el hecho de que, al atravesar la mayor parte de los cristales, la luz blanca da lugar a dos rayos refractados, que se desvían de diferente modo y que vibran en planos perpendiculares, con diferentes velocidades de propagación. Esto significa que, en un determinado punto de un cristal, existe un índice de refracción máximo y otro mínimo para cada dirección de propagación de la luz.

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Que el cristal sea isótropo (g) o monorrefringente (g), en cuyo caso sólo existirá un índice, constante para todas las direcciones de observación. Normalmente se tratará de minerales que cristalizan en el sistema cúbico.

Que el cristal sea anisótropo (g) o birrefringente (g), en cuyo caso, y de forma general, se podrán observar dos índices en cada dirección de observación. La diferencia de medidas entre el mayor y el menor de todos los índices existentes en una piedra se llama birrefringencia (g), y es una medida que caracteriza muy bien la naturaleza de la gema, porque depende tanto de su estructura como de su composición.

A su vez, en los cristales anisótropos, se puede establecer una clasificación, según indiquen las observaciones del refractómetro que uno de los dos índices observados permanece constante en todas ellas, o que todos los índices medidos sean variables.

En el primer caso se trata de minerales uniáxicos, que cristalográficamente corresponden a los sistemas hexagonal, tetragonal y trigonal; en el segundo, se trata de minerales biáxicos, correspondientes a los sistemas rómbico, monoclínico y triclínico.

Lustre

El lustre puede definirse como la apariencia de una superficie cuando refleja luz directamente al ojo. Su clasificación depende de los siguientes factores.

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a) Calidad de la luz reflejada: Este factor es determinado por el carácter de la superficie reflejante, y puede subdividirse en dos clases:

Reflexión plana: En una superficie altamente pulida.

Reflexión difusa: En una superficie mate (como el papel).

b) Cantidad de luz reflejada: De toda la luz que llega a una superficie, la proporción reflejada depende del I. R. (g) de la sustancia y del ángulo en que incide. Cuando la luz llega casi paralela a la superficie, es cuando más proporción de rayos se reflejan.

c) Apariencia del cuerpo: Algunos minerales tienen una estructura tal que afecta su apariencia general en luz reflejada. Como la estructura raramente tiene algún efecto sobre las superficies pulidas, en gemología se le menciona separadamente como apariencia del cuerpo.

Tipos de lustre de Minerales (calidad de la gema):

Adamantino: Se refiere a la apariencia de las superficies de las gemas con reflexión plana que devuelven una gran proporción de la luz. El diamante es el ejemplo sobresaliente, el cual regresa el 30% de la luz recibida en todos los ángulos.

Grasoso y resinoso: Característico de las superficies planas pero no perfectamente planas. La nefrita y la jadeíta ya talladas lo presentan. El término resinoso se aplica al lustre más o menos grasoso de las resinas amarillas u otro material amarillo que se le parezca. Lo presenta un ámbar fracturado, aunque éste ya pulido, tiene lustre casi vítreo.

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Metálico: Este lustre, mostrado por los metales y pocos materiales gemológicos como la pirita, marcasita y hematita, es el más brillante. Resulta de una reflexión plana que devuelve casi toda la luz.

Vítreo: Característico de gemas con reflexión plana pero que la proporción de luz reflejada es inferior al anterior (menos de 30%). La mayoría de las gemas presentan este lustre.

Ceroso: Se parece al lustre grasoso y resinoso, excepto que la superficie donde se ve es más irregular. Un ejemplo sería la turquesa mal pulida.

Mate: Es el lustre de una superficie muy irregular y de grano fino. Como ejemplo, tenemos al papel y a la turquesa en bruto. Nunca se ve en gemas bien pulidas.

Sedoso: Es producido por una apariencia sedosa del cuerpo de la sustancia. Se ve mejor en ojos de tigre en bruto, el cual ya pulido tiene lustre vítreo en la superficie, que sobrepuesto al cuerpo fibroso, resulta el efecto óptico conocido como brillo (sheen) sedoso.

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Perlífero: El lustre es así descrito cuando la apariencia es similar a la de una perla fina. El lustre de la piedra luna puede describirse así, cuyo brillo característico se le llama así deseando un término más apropiado

Transparencia

De forma empírica, se denomina transparencia a la mayor o menor facilidad que tiene la luz para atravesar un cuerpo. Depende de la composición, del tipo de enlace que presenta la estructura cristalina de dicho cuerpo y de las impurezas e inclusiones (g) que posea.

También influye el grosor y la conservación de la superficie que, en el caso de las gemas, es muy importante. Normalmente las gemas se clasifican en transparentes, traslúcidas y opacas.

Dispersión

Se llama dispersión a la diferencia entre la desviación mayor (violeta) y menor (rojo) de los distintos colores en los que se separa la luz blanca al atravesar un prisma fabricado con una determinada sustancia y refractarse. En las gemas, el efecto de la dispersión se denomina fuego, y se aprecia, en las piedras que lo tienen muy alto, como un efecto arco iris en determinados puntos de la gema al iluminarla con una luz puntual potente.

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4. Realiza un mapa mental (con imágenes) acerca de las propiedades ópticas de los minerales y añade la descripción del gráfico

Mapa mental: es un diagrama usado para representar palabras, ideas, tareas, etc, ligados y dispuestos radialmente

alrededor de una palabra clave o una idea central. Ejemplo: