NOCIONES SOBRE PROPIEDADES FISICAS DE LOS MINERALES MAYO DE 2021 INTRODUCCIÓN Las propiedades físicas de los minerales son un conjunto de caracteres muy útiles para el reconocimiento de las distintas especies, ya que son diagnósticas de cada una de ellas. Se utilizan entonces en su determinación, y en su conjunto permiten tipificar cada una de las especies minerales. Las propiedades físicas de los minerales que pasaremos a describir se refieren a aquellas que se determinan en muestra de mano o “de visu”, es decir mediante la observación directa o con lupa. Se pueden dividir en dos grupos fundamentales: Propiedades vectoriales, que son aquéllas que dependen de la estructura cristalina, pudiendo variar según la dirección en la que se las observe. Propiedades escalares, que no presentan variaciones según las distintas direcciones cristalográficas en las que se determine. Ejemplos de estas propiedades son el peso específico, punto de fusión, etc. PROPIEDADES VECTORIALES A) PROPIEDADES MORFOLÓGICAS Desarrollo cristalino y hábito. Los cristales pueden presentar variable grado de perfección en su desarrollo cristalino, y así se puede distinguir: Idiomorfos o euedrales: Se denominan así a cristales bien desarrollados en todas sus caras. Hipidiomorfos o subedrales: Se denomina así al cristal que se presenta sólo con parte de sus caras bien desarrolladas, mientras que otras exhiben contornos irregulares. Alotriomorfos o anedrales: Se denomina así en los casos que el cristal no exhibe sus caras cristalinas bien desarrolladas. Sinónimo: xenomorfo. El hábito de los minerales (Fig. 1 y Fig. 2) describe la apariencia o aspecto de los cristales aislados así como la forma en la que los cristales crecen juntos en agregados. Incluye también sus irregularidades de crecimiento, si tales irregularidades son de aparición frecuente. Los factores que determinan el hábito de los cristales son el tipo de disolución (grado de saturación), régimen o velocidad de crecimiento del cristal, temperatura y presión del medio y el espacio disponible para el desarrollo cristalino. La determinación del hábito se basa entonces en el predominio de una o más direcciones en el desarrollo de un cristal aislado o de varios individuos que constituyen el agregado mineral. Se pueden distinguir los siguientes hábitos: - Acicular: cuando los cristales son finos, semejantes a agujas. En el caso que se desarrollen individuos aún más finos, se utiliza el término capilar o filiforme. Como ejemplo, se pueden citar acículas de pirolusita; agujas de rutilo incluidas en cuarzo (cuarzo rutilado).. - Fibroso: Se denomina así a agregados de cristales alargados y delgados, en forma de fibras. Minerales que se desarrollan según este hábito son el asbesto, algunas variedades de yeso, entre otros. - Radial o radiado: cristales con desarrollo individual prismático o fibroso acicular que se disponen en forma de abanico a partir de un punto común. Ejemplos de este tipo lo constituyen los agregados de marcasita, algunos óxidos de manganeso, etc. - Hojoso o laminar: cristal o agregados de cristales achatados, como hojas de un libro. Ejemplo de este hábito lo presentan los minerales del grupo de las micas. - Escamoso: son laminillas muy delgadas, donde predominan dos direcciones de crecimiento respecto a la tercera. Ejemplos de este hábito lo constituyen las cloritas, covelina, molibdenita, etc. - Tabular: En este caso también predominan dos direcciones de crecimiento respecto a la restante, pero debido a que el desarrollo de esa tercera dirección de crecimiento es mayor que en los de hábito laminar, se conforman láminas más gruesas, semejantes a una tabla. Puede ser tabular fino a grueso. Por ejemplo, minerales del grupo de los feldespatos, ambligonita, etc. Fig. 1. Principales hábitos de los minerales - Columnar o prismático: cristales de forma alargada, con una dirección de crecimiento predominante respecto de las otras dos, si bien el desarrollo de éstas es mayor que en el caso de los minerales de hábito acicular. El aspecto que presentan es semejante al de columnas. Ejemplos de este tipo de hábito son el berilo, anfíboles, piroxenos, rutilo, etc. Puede darse el caso de que la tercera dimensión se desarrolle menos que las otras dos. Se habla entonces de hábito prismático corto. - Globular: agregados constituidos por individuos radiales, que forman concentraciones esféricas a subesféricas como en siderita e hidróxidos de hierro (limonitas). - Botroidal: cuando las formas globulares forman grupos de disposición arracimada (agregados esféricos uno junto al otro; la palabra deriva del griego, que significa “racimo de uva”). Ejemplo: romanechita (psilomelano). - Reniforme o arriñonado: agregado de individuos radiales terminados en masas redondeadas, cuya superficie semeja un riñón. Ejemplo: hematita. - Mamilar o mamelonar: se refiere a grandes masas redondeadas que semejan mamas, constituidas internamente por un agregado de cristales radiales con desarrollo perpendicular a la superficie del mismo. Ejemplo: goethita (hidróxido de hierro). - Bandeado: presenta varias capas o bandas con límites más o menos definidos donde puede cambiar el color o no. - Concrecional o concéntrico: consiste en una serie de capas circulares y concéntricas superpuestas, alrededor de un centro común. Ejemplo de este tipo de hábito es el que desarrolla la rodocrosita. - Plumoso: Formado por escamas finas que se orientan constituyendo una estructura divergente o plumosa. Ejemplo: baritina. - Granular: agregados de granos de tamaño más o menos equidimensional, sin ninguna dirección de desarrollo preferencial común a todos ellos. Ejemplo de este tipo de hábito lo presentan habitualmente minerales tales como granates, pirita, etc. - Macizo (masivo): formado por un material compacto y de grano muy fino, cuyos individuos no son distinguibles a simple vista. - Terroso: agregado de minerales de consistencia pulverulenta, semejante a un terrón de tierra. Los minerales del grupo de las limonitas, entre otros, presentan muy frecuentemente este tipo de hábito. - Estalactítico: forma alargada con textura interior concrecional típica de ambiente kárstico. - Dendrítico: formas arborescentes ramificadas. Típicas de óxidos de Mn (pirolusita). - Oolítico: pequeñas esferas con textura concrecional. - En roseta: individuos discoidales semejantes a los pétalos de una flor. En ciertos casos la determinación del hábito hace referencia a los cristales y a su agregado, es decir en forma combinada, por ejemplo: fibroso-radiado. B) PROPIEDADES QUE DEPENDEN DE LA LUZ. Se incluyen propiedades tales como color, brillo, color de la raya, transparencia. Propiedades tales como birrefringencia, pleocroísmo, etc, se pueden observar solamente con un microscopio de luz polarizada, y no serán tratadas en esta sección. COLOR Esta propiedad es lo primero que llama la atención al observador, constituyendo una de las características más importantes, pero que por sí sola no suele ser determinativa, ya que presenta grandes variaciones aún en una misma especie mineralógica. El color de un mineral está dado por la absorción diferencial de las distintas longitudes de onda componentes de la luz blanca. Un mineral es incoloro cuando deja pasar todas las radiaciones, negro cuando absorbe todas las longitudes de onda del espectro visible, blanco cuando las refleja todas y rojo cuando absorbe todas menos las que corresponden al color rojo del espectro. Se distinguen tres tipos de color, de acuerdo a su origen: 1) Idiocromático: En este caso, la coloración de los compuestos naturales viene dada por por elementos cromóforos constantes de su composición química, Por ejemplo el cinabrio (HgS) rojo carmín, carbonatos de Cu verdes y azules, como malaquita y azurita, etc. 2) Alocromático: Se conocen en la naturaleza muchos casos en que un mismo mineral posee distintos colores y matices. Por ejemplo el cuarzo, generalmente incoloro, que se encuentra a menudo en forma de cristales totalmente transparentes (cristal de roca) violetas (amatista), rosados, amarillos, grises, blancos, negros. En la mayoría de los casos, este tipo de coloración va ligada a mezclas mecánicas extrañas de fina dispersión. Estas sustancias colorantes pueden ser compuestos orgánicos (materia orgánica) o inorgánicos (óxidos de hierro). 3) Pseudocromático: en algunos minerales transparentes o traslúcidos pero también en opacos, se observa a veces un juego de colores determinado por la interferencia de la luz incidente, debido a su reflexión en las superficies internas de clivaje, de fracturas y en la superficie de algunas inclusiones, etc. Como ejemplo de este tipo de coloración se puede mencionar a la labradorita, también en la superficie ligeramente oxidada de la bornita, etc. Otros fenómenos que pueden destacarse son la opalescencia, que es una reflexión lechosa o perlada en el interior del mineral; se observa principalmente en algunos ópalos. El asterismo es la propiedad de algunos minerales, especialmente los que pertenecen a los sistemas hexagonal y trigonal, que presentan estrellas de rayos de luz cuando se los observa en la dirección del eje vertical. Este fenómeno se origina por peculiaridades en la estructura cristalina según las direcciones axiales o más frecuentemente por inclusiones ordenadas dispuestas a lo largo de estas direcciones. Ejemplo de este fenómeno lo constituye el corindón variedad zafiro estrellado. COLOR DE LA RAYA Bajo esta denominación se designa el color del polvo fino del mineral que deja sobre una placa de porcelana porosa o bien molido en un mortero (más útil este método cuando se cuenta con minerales de dureza elevada, difíciles de obtener su raya). Este carácter, comparado con la coloración de los minerales, es un índice diagnóstico más constante. En muchos casos coincide con el color del mineral (como en la magnetita, donde ambos son negros o el cinabrio, donde ambos son rojos) En otros casos difiere como por ejemplo en la pirita, que es amarilla y la raya es negra, la fluorita que presenta varios colores (violeta, verde, blanco, etc.) pero el color de la raya es siempre blanco. Generalizando, entre los minerales oscuros de brillo metálico el color de la raya es más oscuro que el de la superficie del mineral observado. En los minerales traslúcidos y transparentes, el color de la raya es blanco o de colores muy claros. Un caso de variación en el color de la raya se da por ejemplo en la esfalerita, ZnS. En especímenes puros, su raya es amarillenta. Sin embargo si el Zn está parcialmente reemplazado por Fe+2 su raya cambia a tonalidades castañas claras hasta muy oscuras (hasta un 30% de reemplazo). BRILLO El flujo luminoso que incide en un mineral se refleja en parte sin que la frecuencia de las oscilaciones sufra cambio alguno. Esta luz reflejada es la que da la impresión del brillo. El brillo depende de la naturaleza y calidad de la superficie, del valor del índice de refracción, del coeficiente de absorción de la luz, etc. Se distinguen dos tipos de brillo: a) Metálico: es característico de los minerales opacos, de fuerte absorción. Se denomina así por su semejanza con el brillo de los metales. En esta categoría ingresan muchos elementos nativos (oro, plata, bismuto) y la mayoría de los sulfuros y sulfosales (galena, pirita, calcopirita, tetraedrita, etc.). Se denomina brillo submetálico cuando es de la misma naturaleza pero más débil que el anterior, como por ejemplo el de la covelina (CuS). b) No metálico: incluye a todos los otros tipos de brillo que pueden presentar los minerales. Comprende: A B C D E F G Fig. 2. A) hábito mamelonar en limonitas, B) hábito en roseta en yeso, C) hábito bandeado en cuarzo y calcedonia, D) hábito concrecional en rodocrosita, E) hábito arriñonado en hematita, F) hábito macizo en anhidrita, G) brillo metálico en hematita, H) brillo vítreo en berilo (variedad agua marina) H - Vítreo: semejante al brillo del vidrio. Como ejemplos comunes se puede señalar al cuarzo, la sal común o halita, calcita (variedad espato de Islandia) y la mayoría de los silicatos. Se denomina brillo subvítreo cuando es de menor intensidad que el anterior, guardando similares características. - Resinoso: Cuando el brillo es comparable al de la resina, como en algunas variedades de esfalerita, ópalo y ámbar. - Perlado: semejante al brillo de las perlas, como sucede en algunas variedades de talco y yeso. - Sedoso: propio de los minerales que presentan hábito fibroso, como algunas variedades de yeso, ulexita, asbesto -Adamantino: semejante al brillo del diamante, también vanadinita, cerusita y esfalerita. - Graso: semejante al brillo que ofrece una superficie cubierta de aceite. Se lo observa frecuentemente en algunos minerales que presentan fractura concoide, como el cuarzo, triplita, apatita, etc. - Nacarado: Semejante al brillo del nácar. Es un tipo de brillo que se produce por reflexiones totales de la luz en delgadas capas de aire que se intercalan en las superficies de clivaje, como acontece en las micas y el yeso. - Mate: Es la ausencia de brillo. Se observa por ejemplo en algunos minerales de hábito terroso. La intensidad del brillo (es decir la cantidad de luz reflejada) es tanto más elevada cuanto mayor es el índice de refracción del mineral. De tal manera, el brillo vítreo corresponde a minerales con índice de refracción comprendido entre 1,30 y 1,90 (cuarzo, fluorita, granate). El brillo adamantino se presenta en minerales con índice de refracción entre 1,90 y 2,60 (esfalerita, diamante, casiterita, rutilo, oropimente) en variedades translúcidas o semitransparentes. Un brillo semimetálico corresponde a un índice de refracción entre 2,60 y 3,00, como en el caso de la cuprita y hematita. Finalmente, un brillo metálico corresponde a un índice de refracción mayor a 3,00, como pirita, magnetita, calcopirita, etc, minerales que son opacos a la luz. En este último caso, también influyen valores elevados de coeficiente de absorción de la luz, como es el caso de los elementos nativos metálicos. TRANSPARENCIA O DIAFANIDAD. Aunque no existen cuerpos absolutamente opacos, muchos minerales, sobre todo en los metales nativos, es tan escaso el porcentaje de luz que transmiten que prácticamente no dejan pasar la luz. De la misma manera, no existen medios naturales que sean absolutamente transparentes. Según sea el grado de transparencia, todos los minerales que se observan en grandes cristales se dividen en: 1) Transparentes: cuando se mira a través del mismo un objeto, este presenta los contornos muy bien delimitados, como en el cuarzo (cristal de roca), calcita (espato de Islandia), yeso (variedad selenita) etc. 2) Translúcidos: Se denominan así a los minerales que dejan pasar la luz pero no permiten identificar con nitidez los contornos del objeto observado a través del mineral. 3) Opacos: Se denomina así a aquellos minerales que no dejan pasar la luz a su través. Como ejemplo se pueden señalar la mayoría de los minerales de brillo metálico (pirita, calcopirita, magnetita, oro, plata nativa). Luminiscencia: es toda emisión de luz por un mineral, sin llevar al mismo al estado de incandescencia. La mayoría de los minerales poseen luminiscencia débil y sólo puede ser apreciada en la oscuridad. Tenemos: 1) 2) 3) 4) Triboluminiscencia. Termoluminiscencia. Fosforescencia. Fluorescencia. Triboluminiscencia: es la propiedad de algunos minerales de hacerse luminosos al ser rayados, molidos o por frotamiento. La mayor parte de ellos son no metálicos, anhidros y con buen clivaje. Fluorita, esfalerita y lepidolita pueden ser triboluminiscentes, y en menor medida lo son también ambligonita, feldespatos y calcita. Termoluminiscencia: es la propiedad que poseen algunos minerales de producir luz visible cuando se los calienta a una temperatura por debajo del rojo. Es también, una particularidad de minerales no metálicos y anhidros. Cuando es calentado un mineral triboluminiscente, la luz visible se acentúa entre los 50° y 100°C y dicha luz cesa a temperaturas superiores a los 475°C. Minerales que presentan esta propiedad son fluorita, apatita, calcita y algunos feldespatos. Fosforescencia: es la propiedad de emitir luz posteriormente a haber sido sometido el mineral a ciertos influjos como calor, radiación eléctrica y rayos ultravioletas. Algunas variedades de fluorita presentan fosforescencia pulverizando el mineral y calentándolo sobre una placa de hierro. Diamante, corindón (variedad Rubí) emiten fosforescencia después de ser expuestos a los rayos X. Fluorescencia: existen minerales que emiten luz mientras están expuestos a ciertas radiaciones. Este fenómeno se manifiesta intensamente en la fluorita y por ello su nombre. Si bien en algún momento se consideró a estos fenómenos como independientes, estudios de detalle permitieron determinar qué minerales que se consideraban solo fluorescentes seguían emitiendo luz fracciones de segundos después de cesado el estímulo luminoso, por lo que se entiende que podría tratarse del mismo proceso citado anteriormente. Como minerales típicos que presentan esta propiedad pueden indicarse, además de fluorita, a scheelita, autunita, diamante, escapolita, etc. Para la scheelita (Ca WO4) la fluorescencia es un carácter distintivo, pues es fácilmente reconocible bajo la acción de rayos ultravioleta de onda corta, emitiendo tonos blancoazulados. Gracias a esto se la distingue con facilidad de otros minerales similares que la acompañan, tales como calcita y el cuarzo, por lo que es una propiedad muy utilizada en la prospección o búsqueda de yacimientos de wolframio. C) PROPIEDADES MECÁNICAS, DEPENDIENTES DE LA ESTRUCTURA O COHESIÓN. CLIVAJE Se entiende por clivaje a la capacidad que tienen algunos minerales de dividirse o separarse de acuerdo con determinados y definidos planos cristalográficos al ser golpeados. Esta propiedad depende exclusivamente de la estructura interna cristalina, ya que corresponden a planos de mayor densidad atómica, en direcciones bien definidas y siempre paralelas a caras posibles de cristales del sistema cristalino al cual pertenecen. De acuerdo al grado de facilidad y perfección en la obtención del clivaje, se lo clasifica de la siguiente manera: a) Muy perfecto: el mineral se separa muy fácilmente en delgadas hojas, como en el caso de los minerales del grupo de las micas (Fig. 3 A). b) Perfecto: al golpearlo con un martillo el clivaje se obtiene fácilmente, como por ejemplo en la calcita. En los casos citados, es difícil obtener otras superficies de ruptura que no sean las de clivaje al golpear los minerales. c) Bueno: Posee un grado de perfección menor, por lo cual es un poco más dificultoso de conseguir, como en los feldespatos. En este caso, el mineral puede romperse en otros planos que no sean los de clivaje. d) Imperfecto o malo: cuando la facilidad del mineral para romperse según las direcciones de clivaje es sólo ligeramente mayor que en otras direcciones, siendo las superficies de clivaje obtenidas pequeñas e irregulares. Como por ejemplo se puede indicar a scheelita. e) ausente: al ser golpeado el mineral siempre presenta superficies de fractura. Ejemplo: cuarzo, pirita. Otra forma de indicar el clivaje es expresándolo por el nombre o índice de Miller de la forma cristalina o cara inicial, como cúbico (100) en la galena, octaédrico (111) como en la fluorita, romboédrico (h0hl) en los carbonatos del sistema Trigonal (calcita, siderita, dolomita), prismático (110) en anfíboles y piroxenos, pinacoidal (001) en los feldespatos, etc. Fig. 3. A) lepidolita (mica de Li) con hábito laminar y clivaje perfecto (001); B) apatita, con parting basal. A veces el clivaje se presenta al mismo tiempo sobre planos que no son equivalentes, por lo tanto en cada dirección no equivalente posee distinto grado de perfección. Los feldespatos presentan clivaje perfecto según (001), bueno según (010) e imperfecto según (110). Algunos minerales pueden dividirse en planos definidos que se denomina partición o “parting” (Fig. 3 B). A primera vista no difiere de cualquier superficie de clivaje, ya que se dispone de acuerdo a determinados planos cristalográficos, pero la partición sólo se presenta en algunos individuos de una especie mineral dada, mientras que el clivaje se observa regularmente. Su desarrollo es producto de esfuerzos tectónicos a los que ha estado sometido el cristal por lo tanto es una propiedad adquirida por el mineral después de formado. Por ejemplo, apatita, turmalina y berilo muestran una partición basal, en planos perpendiculares al eje c. FRACTURA Es la forma de presentarse la superficie de los minerales al romperse. No debe confundirse con el clivaje, ya que depende de la cohesión del mineral, dando superficies irregulares que contrastan con las superficies planas del clivaje. Se reconocen distintos tipos de fracturas, a saber; - Concoide: cuando las superficies irregulares son cóncavas o convexas, como las del vidrio (ejemplo: cuarzo). - Ganchuda: cuando la superficie de rotura presenta pequeñas protuberancias en forma de ganchos. Se observa frecuentemente en los elementos nativos metálicos, como plata y cobre. - Terrosa: semejante a la que deja un terrón de tierra al romperse, como por ejemplo muchos agregados minerales del grupo de las arcillas. - Desigual o irregular: cuando la superficie es irregular y áspera. Este tipo de fractura la presentan la mayoría de los minerales. TENACIDAD Se entiende por tenacidad a la resistencia que un mineral ofrece a la ruptura, trituración, curvatura o seccionado. La mayoría de los minerales son frágiles, esto es, se pueden reducir a polvo por trituración. Hay, sin embargo, algunos, como los metales nativos, que son maleables, es decir que cambian de forma sin romperse, pues al martillarlos o presionarlos los granos se aplastan y se convierten en laminillas. Los minerales blandos (de dureza inferior a 3) que no son frágiles pueden ser séctiles, que significa que se los puede cortar con un cuchillo (por ejemplo, argentita y calcosina). Un mineral dúctil es aquél que se lo puede reducir a finos hilos (cobre nativo). Un mineral es flexible si se lo puede deformar o curvar fácilmente (como el yeso en láminas delgadas) y es elástico cuando después de deformado vuelve espontáneamente a su forma inicial, como las delgadas láminas de mica. Es importante señalar la diferencia que existe entre dureza y tenacidad, ya que esta última (resistencia a la fractura o rotura) es totalmente distinta. El diamante es la más dura de las sustancias, pero su tenacidad es muy escasa, ya que se separa con relativa facilidad según (111); en cambio, hay minerales de dureza muy baja y sin embargo enormemente tenaces, hasta el punto que es casi imposible triturar con martillo (algunos metales nativos, tales como el cobre). DUREZA Por dureza se entiende al grado de resistencia que puede ofrecer un mineral a los efectos mecánicos externos, en particular el rallado. La dureza que se atribuye a los minerales es la que presenta una superficie lisa del mismo, ya sea una cara cristalina o una superficie de clivaje. Debe tenerse cuidado en determinar la dureza de un único individuo y no de un agregado, ya que puede haber diferencias. Asimismo, importa la dirección en que se efectúa la determinación, ya que minerales de estructura anisótropa presentan diferencias de dureza, grandes o pequeñas, de acuerdo a la dirección en que se realice la medición. La cianita, por ejemplo, tiene una dureza de 4,5 en dirección paralela al eje c del cristal en la cara (100), en la dirección transversal es 6, de allí que también se la conozca también como disteno (en griego dos durezas). Por otra parte, las superficies de alteración de los minerales presentan durezas menores, por lo que para obtener un valor representativo hay que elegir sectores del cristal bien frescos. Método de dureza relativa El método de dureza relativa consiste en rallar el mineral problema con minerales de dureza conocida o sea que se establece la dureza comparativa de los minerales. En este caso, se emplea la escala o Tabla de Mohs (Fig. 4), que consta de 10 minerales ordenados según durezas crecientes, de tal manera que cada mineral ralla al anterior y es rallado por el siguiente. Es una escala de dureza cualitativa-semicuantitativa relativa, ya el diamante no significa que sea 10 veces más duro que el talco, sino que en valores absolutos, su dureza es 8000 veces mayor. DUREZA 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 MINERAL TALCO YESO CALCITA FLUORITA APATITA ORTOSA CUARZO TOPACIO CORINDÓN DIAMANTE Fig. 4. Tabla de dureza de Mohs Cuando se efectúa la prueba de dureza, es siempre recomendable confirmarla, repitiendo la operación alterando el orden de ejecución; esto es no tratar siempre de rayar el mineral 1 con el mineral 2, sino a la inversa. Como regla práctica se puede decir que los minerales muy blandos, de dureza entre 1 y 2, se rayan con la uña; minerales blandos, de dureza entre 3 y 4, se rayan fácilmente con un vidrio o el acero de una cortaplumas. Minerales semiduros, entre 5 y 6, se rayan con dificultad con cortaplumas o un vidrio y por último, minerales duros y muy duros, cuya dureza es de 7 a 10, rayan al vidrio y al acero. En la actualidad existen juegos de lápices de dureza en los cuales están insertados en sus extremos minerales con durezas de la escala de Mohs. Por otra parte en las clases prácticas se determina la dureza de los minerales mediante materiales de dureza conocida. Así si un mineral es rallado por la uña, significa que tiene una dureza menor a 2,5. Con una cortapluma de acero de buena calidad, se puede apreciar durezas menores a 6. Un trozo de vidrio tiene una dureza entre 6 y 6,5. También existen algunos métodos para determinar la dureza absoluta de los minerales al microscopio, es decir microdurezas. Uno de los procedimientos más usados es el de la dureza Vickers, que consiste en hincar en el mineral una punta de diamante tallada con forma de pirámide de base cuadrada, muy obtusa, de aristas cortantes, observándose su penetración al microscopio. Las longitudes (promediadas) de las aristas que deja la punta de la placa cristalina en forma piramidal, en relación con la presión ejercida, son datos fácilmente mensurables. El método se caracteriza por su precisión cuantitativa, pues con él se aprecian claramente diferencias mínimas de dureza. El método de Knoop (Fig. 5) consiste en el mismo procedimiento, con la salvedad que la herramienta utilizada es una punta con forma de prisma rómbico, midiéndose en este caso la diagonal mayor. La dureza Rosewall, por su parte, se basa en el desgaste por abrasión, comparándose la dureza por la pérdida de masa del mineral durante el pulido. Fig. 5. Escala de dureza Mohs vs escala de dureza Knoop Para la determinación de macrodurezas se utilizan aparatos denominados esclerómetros. Se construyen según modelos diversos, pero todos consisten en una palanca de brazos iguales en uno de cuyos extremos va sujeto un estilete de acero o una punta de diamante, sobre la cual se colocan pesas. La placa del mineral se desliza horizontalmente por debajo del estilete de acero, y la carga sobre éste va aumentándose hasta que se produce una raya fina. El peso necesario para lograr esto expresa la dureza. Como la dureza es una propiedad vectorial, el resultado es diferente según sea la dirección en la que se determina. La anisotropía de la estructura reticular y las fuerzas de enlace son la causa fundamental de estas variaciones. Existen ciertas correlaciones entre la dureza y la composición química de los minerales: 1) los minerales de los metales pesados (cobre, plata, mercurio, plomo, etc). son blandos, con una dureza menor a 3. 2) Los sulfuros son relativamente blandos en su mayoría (D < 5) con excepción de los de hierro, níquel y cobalto (por ej. pirita, cobaltina) 3) Casi todos los minerales hidratados son relativamente blandos (D < 5). 4) los óxidos anhidros y silicatos (excepto de los metales pesados) suelen ser duros (D > 5,5). 5) Los carbonatos, sulfatos y fosfatos son relativamente blandos (D < 5,5). PROPIEDADES ELÉCTRICAS, MAGNÉTICAS Y RADIACTIVAS - Piezoelectricidad: es un proceso donde un cristal posee la capacidad para generar cargas eléctricas sobre su superficie cuando se le aplica presión en los extremos de un eje cristalográfico. Solamente pueden presentar esta propiedad aquellos minerales que cristalizan en las clases de simetría que carecen de centro de simetría y por lo tanto poseen ejes polares. De los minerales piezoeléctricos, el más importante es el cuarzo, ya que ante una presión sumamente ligera paralela a un eje binario (cualquiera de sus tres ejes horizontales) puede generarse una carga eléctrica. Debido a esta propiedad el cuarzo se emplea en placas orientadas para controlar las frecuencias de radio y en relojes. Pueden distinguirse dos grupos de materiales: los que poseen carácter piezoeléctrico de forma natural (cuarzo, turmalina) y los llamados ferroeléctricos, que presentan propiedades piezoeléctricas tras ser sometidos a una polarización. Una de las aplicaciones más extendidas de este tipo de cristales son los encendedores electrónicos. En su interior llevan un cristal piezoeléctrico que es golpeado de forma brusca por el mecanismo de encendido. Este golpe seco provoca una elevada corriente eléctrica capaz de crear una chispa que encenderá el mechero. - Piroelectricidad: proceso termoeléctrico donde se desarrollan simultáneamente cargas positivas y negativas en los extremos opuestos de un eje cristalográfico por cambios de temperatura. Solamente los cristales que pertenecen a las diez clases cristalinas que tienen un único eje polar se consideran como poseedores de piroelectricidad primaria o verdadera; por ejemplo la turmalina, que tiene un solo eje polar sencillo coincidente con c, mientras que el cuarzo con tres ejes polares no lo es. La piroelectricidad está estrechamente relacionada con la piezoelectricidad, de tal modo que todos los materiales piroeléctricos son también piezoeléctricos. Una diferencia de temperatura de cualquier cristal que carezca de centro de simetría, tal como el cuarzo, produce un efecto piroeléctrico. En tales cristales la polarización es el resultado de la deformación producida por el efecto piroeléctrico. Si el cuarzo se calienta hasta los 100°C desarrollará al enfriarse cargas positivas en las tres aristas alternas del prisma y cargas negativas en las tres aristas restantes. A estas cargas se las denomina polarización piroeléctrica secundaria. - Magnetismo: propiedad física presente en minerales que en su estado natural pueden ser atraídos por un imán. La magnetita y la pirrotina son los dos únicos minerales magnéticos comunes en la naturaleza. La piedra imán, una variedad de la magnetita tiene poder natural de atracción y la polarización de un imán verdadero. Muchos minerales, en especial los que contienen hierro, pueden ser atraídos por el campo magnético de un poderoso electroimán. Por esto, el electroimán es un medio importante para separar mezclas de granos minerales que tengan un grado diferente de susceptibilidad magnética. Todos los minerales, en mayor o menor medida, son afectados por el campo magnético aunque sean necesario aparatos especiales para que el proceso se ponga de manifiesto. Los minerales que son repelidos ligeramente por un electroimán se denominan diamagnéticos, mientras que los que son débilmente atraídos se los llama paramagnéticos. Radiactividad: es la propiedad que poseen los minerales que tienen los elementos Uranio y Torio en su composición, los cuales son inestables y se desintegran espontáneamente con una velocidad o período que no es afectado por la presión y/o temperatura, como así tampoco la naturaleza del compuesto del que forman parte. Esta desintegración va acompañada por la emisión de tres tipos de radiaciones, alfa (núcleos de helio ionizados), beta (electrones y positrones, de mucha menor masa que los anteriores) y gamma (radiación electromagnetica). Estas últimas son detectadas por medio de contadores Geiger-Müller o de Centelleo. PROPIEDADES ESCALARES PESO ESPECÍFICO El Peso específico de una sustancia se define como el cociente entre el peso y su volumen. Se expresa en unidades newton por metro cúbico (N/m³) en el marco del Sistema Técnico Internacional de Unidades. Donde: = peso específico P = es el peso de la sustancia V = es el volumen que la sustancia ocupa Es una propiedad escalar ya que varía según las condiciones de temperatura y presión a la que está sometido el mineral, y es por lo tanto independiente de las direcciones cristalográficos del mismo. Por su parte se define Densidad al cociente entre la masa del mineral y su volumen. Se expresa en gramos masa por centímetros cúbicos (gr/cm 3) o kilogramos masa por metro cúbico. Del análisis de esta dos fórmulas surge que el peso especifico varía según el lugar de la Tierra en que se considere (depende de la Presión) mientras que la densidad es invariable para cualquier latitud. En la práctica se utiliza el concepto de Peso específico relativo o Densidad relativa de una sustancia respecto al agua, y se la define como el cociente entre el peso o masa de dicha sustancia y el peso o masa de un volumen igual de agua a 4°c. El peso específico de una sustancia cristalina depende de dos factores: a) El peso atómico de sus constituyentes. b) El tipo de empaquetamiento de los átomos. En los compuestos isoestructurales (sin variación es su empaquetamiento) los elementos con mayor peso atómico en general le confieren mayor peso especifico. La influencia del empaquetamiento se aprecia en las variedades polimorfas, donde no varía la composición química pero sí la estructura, siendo un ejemplo el carbono en sus variedades diamante (Sist. Cúbico) con Pe: 3,5 mientras que el grafito (Sist. Hexagonal) tiene Pe: 2,2. Los minerales de mayor Pe son los Nativos metálicos como el Iridio (21-22), Platino (1721,5), Oro (15-19,3), Mercurio (13), Plata (10-12), etc.; los sulfuros varían entre 4 y 7,5. Como la mayoría son minerales de mena, esta propiedad permite separarlos de los minerales de ganga que los acompañan (los cuales poseen Pe de 2-3,5) en los procesos gravitacionales en el tratamiento de beneficio de las plantas de concentración. El Peso específico representa no solamente un dato diagnóstico de importancia, fácilmente determinable, sino que también sirve para tener una idea del estado de homogeneidad y grado de alteración del mineral, como así también ayuda al cálculo porcentual aproximado de composición de las mezclas isomorfas. En la valoración del Pe hay que tener en cuenta una serie de errores: 1) Error intrínseco del método utilizado (precisión). 2) Error por la inhomogeneidad de la muestra. Al elegir el trozo del mineral que ha de emplearse en la determinación hay que poner cuidado en que sea de la mayor pureza posible, que no contenga aire ni lleve adheridas partículas extrañas. Lo mejor es utilizar cristales triturados elegidos con lupa. 3) Errores del observador. Métodos para la determinación del peso específico. Los métodos más utilizados son: 1) Método de la balanza hidrostática. 2) Método del Picnómetro. 3) Método de los líquidos pesados Método de la balanza hidrostática. Utilizando una balanza analítica, se pesa un trozo de mineral en el aire y luego se lo pesa sumergido en el agua de un vaso (Fig. 6). Si a y b son las dos pesadas, el Pe es: Pe = a / a-b En minerales con Pe menor al agua, el trozo del mineral a medir se une a un cuerpo de mayor densidad y peso específico conocido, y se determina el Pe del conjunto. Este método es viable cuando el trozo del mineral pesa al menos 1gr. Las condiciones de homogeneidad requeridas son difíciles que se cumplan en fragmentos de este peso, por lo tanto es un método de escasa exactitud. Fig. 6. Balanza hidrostática Método del Picnómetro Este procedimiento tiene la ventaja de ser muy exacto y permitir el empleo de mineral reducido a granos muy finos, y por otro lado tiene el inconveniente de ser muy sensible a los cambios de temperatura, por lo cual la medición debe ser efectuada a temperatura constante (15°C). El picnómetro consiste en un frasco de vidrio de 2 a 20 cm 3 de capacidad con un tapón esmerilado atravesado por un capilar que permite llenar exactamente el frasco. El método consiste en hacer sucesivas pesadas (Fig. 7): a) b) c) d) Picnómetro vacío. Picnómetro con el mineral. Picnómetro con el mineral más agua destilada. Picnómetro más agua destilada. Fig. 7. Fórmula de cálculo del peso específico por el método del picnómetro. La experiencia debe repetirse al menos tres veces y promediarse los valores. En el caso que el mineral problema sea soluble en agua, debe emplearse otro líquido como alcohol, aceite, etc. de peso conocido en vez de agua destilada. Método de los líquidos pesados Se basa en encontrar un líquido en el cual quede en suspensión un trocito de mineral cuyo peso específico se desea hallar. Cuando esto se ha logrado, el líquido tiene el mismo Pe que el mineral, restando solamente averiguar aquel. Las ventajas consisten en que el Pe de un líquido se determina muy fácilmente sin necesidad de balanzas analíticas, y en que es suficiente una pequeña porción de mineral, con lo cual puede elegirse el que más garantías de homogeneidad ofrezca. Su inconveniente es que no puede ser aplicado a minerales de Pe superior a 4,2 y de ser inexacta la tercera cifra decimal. Fig. 8. Balanza de Mohr-Westphal Los líquidos pesados comunes son: Bromoformo Liquido de Thoulet Yoduro de metileno Liquido de Clérici empleados más Pe: 2,904 Pe: 3,196 Pe: 3,32 Pe: 4,2 El procedimiento utilizado es el siguiente: el líquido pesado a máxima concentración se vierte en una probeta y se echa luego la esquirla de mineral o el cristal que deberá quedar flotando (si así no ocurre, es decir, el mineral se hunde por tener Pe superior al del líquido, el método no es aplicable al menos con ese líquido pesado). Se debe ir diluyendo poco a poco con otro líquido que sea soluble y tenga un Pe menor, hasta llegar al estado en que el fragmento de mineral permanezca en suspensión en cualquier punto del líquido; este tiene entonces el mismo Pe que el mineral. Resta solamente determinar el Pe del líquido. El Pe del líquido se determina con la balanza de Mohr-Westphal (Fig. 8), la cual consiste en una balanza de brazos desiguales. Del extremo más largo se suspende mediante un hilo de Platino, un peso provisto de un termómetro (buzo) de tal manera que quede equilibrada en el aire, lo que se advierte por el indicador que lleva el brazo corto y el 0 de la escala situado frente a él. Cuando sumergimos el buzo en agua destilada, la balanza se desequilibra por efecto del empuje de abajo hacia arriba que ejerce el líquido; para restablecer el equilibrio se cuenta con un conjunto de pesas, cada una de las mayores corresponden a una unidad de Pe, es decir, que para equilibrar el empuje del agua destilada se utiliza una de estas pesas (unitaria) colocada en el extremo del brazo largo de la balanza. Si el líquido tuviera Pe=2 se necesitarían dos de estas pesas para equilibrar su empuje. El brazo largo de la balanza presenta 9 entalladuras dispuestas en forma equidistante desde su extremo, de tal manera que si el líquido tiene un Pe de 2,5, la balanza se equilibra colocando dos pesas unitarias en el extremo y una tercera, igual a las anteriores en la entalladura 5. Para la determinación del 2° y 3° decimal se cuenta con pesas en forma de jinetillos cuyos pesos son para el 2° decimal un 10% de la pesa unitaria (grande) y para el 3° un 10% de la anterior (pequeño). El Pe del líquido se lee de esta manera en forma directa. Por ejemplo, con un líquido de Pe 2,538 tendríamos la balanza equilibrada con dos pesas unitarias en el extremo (entalladura 10), una pesa unitaria en la entalladura 5, un jinetillo (grande) en la entalladura 3 y un jinetillo pequeño en la entalladura 8.
