Dr. Ignacio Becerril Juárez. IPICYT-LINAN
Los minerales son sólidos naturales que presentan una composición química específica y única dependiendo de su origen. Estos tienen la característica de que poseen una estructura cristalina interna que nos permite identificarlos, similar a una huella digital. Muchas veces hemos escuchado el término cristal e inmediatamente nos imaginamos copas de cristal cortado que se rompen cuando un cantante de ópera alcanza las notas más aguadas. Sin embargo, en física del estado sólido, un cristal se conoce como aquel material que tiene un ordenamiento a largo alcance, es decir, los átomos se encuentran en una posición específica en el espacio y se repiten indefinidamente. La mayoría de los minerales se originan en el interior de la tierra, sin embargo, también hay minerales de origen animal como los huesos, los caracoles o las conchas y aquellos provenientes del espacio que conocemos como meteoritos.
Aunque hay minerales nativos como el oro, la plata y el azufre, entre otros, que se encuentran como elementos, la mayoría son compuestos formados por dos o más elementos químicos, propiciando que cada mineral tenga una fórmula química y un arreglo único de los átomos que conforman el cristal y que permite la identificación de cada mineral. Actualmente se conocen algo más de 500 minerales. Sin embargo, aproximadamente 100 de ellos son comunes. Dado que tres cuartas partes de la corteza terrestre se conforma de silicio y oxígeno, minerales como los silicatos (cuarzos) o los olivinos, son los más fáciles de encontrar. Así como encontramos minerales nativos, también hay minerales cuya composición química no está bien definida, ya que son mezclas de dos o más minerales, siendo estos conocidos como soluciones sólidas. Un ejemplo de un mineral que es una solución sólida es el olivino, mineral que incluye la forsterita y la fayalita. La forsterita es un silicato de magnesio, mientras que la fayalita es un silicato de hierro. Los especímenes de olivino son mezclas homogéneas de los dos silicatos, con un contenido relativo de magnesio y hierro que varía de espécimen a espécimen.
Mientras que algunos minerales es común encontrarlos juntos en el mismo tipo de roca, existen asociaciones que se dan en incrustaciones, vetas o capas delgadas, lo que ayuda en su descubrimiento y a identificarlos, por ejemplo, el zinc es frecuente que se encuentre junto con calcita (carbonato de calcio), mientras que el oro es muy usual encontrarlo asociado a cristales de cuarzo.
Para la identificación de algunos minerales nos podemos auxiliar de las propiedades físicas, como pueden ser el color, el lustre, fractura, dureza, clivaje, índice de refracción, fluorescencia, entre otras, siendo éstas el resultado de la composición química y de la estructura cristalina; a continuación, veremos las dos primeras.
Existen minerales que tienen colores muy característicos, como la azurita, que tiene un color azul brillante, el azufre presenta un color amarillo, mientras que la malaquita posee un verde brillante hermoso. Sin embargo, otros minerales como la fluorita pueden presentar una gama muy amplia de colores. Cabe mencionar que en los minerales el color se debe a la absorción o refracción de la luz y se puede deber a diferentes razones, una de ellas es la presencia de impurezas, esto quiere decir que la presencia de tan solo un par de átomos en un millón, de un elemento diferente y que no forman parte de la red cristalina básica, pueden absorber la suficiente cantidad de luz para cambiar el color del cristal, por ejemplo, el mineral conocido como corindón, es óxido de aluminio, pero si en la estructura se encuentran presentes átomos de hierro y cromo, se conoce como rubí, cuya coloración es roja brillante. La ausencia de un átomo en la estructura del mineral también da como resultado cambios de color, en este caso tenemos la piedra lunar, que en su estructura se encuentran finas láminas de feldespatos que causan difracción de la luz, dando como resultado un color aperlado brillante.
El lustre de un mineral es el aspecto que posee la superficie al momento de reflejar la luz. En general existen dos tipos de brillo, metálico y no metálico. El primero de ellos, es el de una superficie metálica sin lustrar, como el oro, la plata o el sulfuro de hierro conocido como pirita. El brillo no metálico se observa como una transparencia, es decir, este tipo de brillo lo podemos observar al exponer un pedazo de vidrio a la luz, y seguramente lo hemos visto en el brillo de una resina como el ámbar, las perlas de río, algunos cuarzos de tipo vítreo, etc.
Conocer las propiedades físicas y químicas de los minerales, así como su arreglo cristalino nos permite darles una aplicación, además, nos permite diseñar y desarrollar materiales que tengan características físicas y/o químicas específicas para una aplicación de interés como el desarrollo de celdas solares. Muchos de los materiales que nos rodean en nuestras actividades cotidianas (metales, semiconductores o aislantes) presentan en su estructura un arreglo cristalino similar a los minerales naturales. Por ejemplo, todos sabemos que el diamante y el grafito se constituyen de átomos de carbono, pero las diferencias entre sus arreglos y los tipos de unión que tienen los átomos le confieren diferentes propiedades. Mientras que el diamante es el material más duro que existe de forma natural, el grafito es tan suave, que se usa para fabricar los lápices que empleamos para escribir.
En especímenes de olivino, podemos observar una mezcla de mini cristales de forsterita y de fayalita, cada uno entre 1 y 2 mm de tamaño, cuya mezcla conforman el olivino. Este mineral lo podemos encontrar en San Luis Potosí. Se puede apreciar el brillo no metálico, resultado del reflejo de la luz y los diferentes colores (blanco, verde y negro) que presentan cada una de las fases que componen el mineral.
En un ejemplar de pirita (sulfuro de hierro), se puede apreciar el brillo metálico de color amarillo, en el que además se pueden observar los pequeños cristales en forma de cubo que recuerdan el arreglo cristalino de este mineral. Lo más probable es que por la gran cantidad de energía durante su formación los pequeños cristales chocaron unos contra otros, generando las formas truncadas y la apariencia de estar uno dentro de otro. También se pueden apreciar unas líneas que atraviesan las caras de algunos cristalitos, estas marcas se conocen como clivajes.
Existen varias formas en las que puede formarse un cristal, una de ellas y que puedes experimentar en casa para observar el crecimiento y formación de cristales, es a partir de su recristalización de una solución saturada. Para esto, en un frasco transparente, colocas 100 mL de agua, con cuidado vas a agregar sal de mesa, agitando constantemente hasta el punto en que ya no puedas disolver más granitos de sal. Aproximadamente serán 6 ó 7 cucharadas. Permites reposar la solución y al cabo de 2 a 3 días comenzarán a crecer pequeños cristales en el fondo y en el borde del agua. No lo muevas y permite que se vaya evaporando el agua y poco a poco se formen los cristales de cloruro de sodio.
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