Síntesis de publicaciones on-line del Dto. Geología de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile y del área Geología de la Universidad de Atacama.

Introducción

Qué informacion nos dan las rocas : Se quiere reconocer los minerales de los cuales las rocas están compuestas y el modo de construcción de las rocas por sus componentes principales. Se quiere reconocer el origen de las rocas: en el caso de las magmátitas: ¿Qué tipo de magma corresponde a la roca ígnea, p.ej. qué composición tiene un magma, que forma las andesitas y dónde se produce este tipo de magma? En zonas de subducción en los cinturones orogénicos y arcos insulares por la fusión parcial de la placa de corteza oceánica descendente.
En el caso de las rocas sedimentarias: ¿Cuál es la roca madre? Cúal es la área fuente de los componentes que constituyen la roca sedimentaria, p.ej. de los clastos de un conglomerado?
En el caso de las metamorfítas: ¿Cuál es la roca de partida? P.ej. la roca de partida de una eclogita es una plutonita básica o vulcánica sobre todo gabro o basalto. La composición y textura de la roca puede indicar la temperatura y la presión que dominaron durante su formación, comparando estas propiedades con rocas y minerales hechos artificialmente en el laboratorio.

Propiedades

Dureza: Es una propiedad que mide la facilidad con que se puede rayar la superficie de un mineral. El diamante es el mineral mas duro conocido, este puede rayar el vidrio y cuarzo. En 1822 Friedrich Mohs invento la escala de durezas, basada en la habilidad de un mineral para rayar otro. El menos duro es el talco y él mas duro el diamante.

Generalmente los enlaces covalentes formaran minerales más duros que los enlaces iónicos. La dureza de un mineral depende principalmente del tipo de enlace que exista entre sus átomos. La estructura cristalina que posea el mineral también hace variar la dureza, esta estructura dependerá principalmente de tres factores

El tamaño de los átomos: Una menor distancia entre los átomos hace mayor la atracción electrónica entre ellos.

La Carga: La diferencia de carga entre los iones determinará la atracción entre estos.

El arreglo atómico: Cuanto más cerrado sea el empaquetamiento entre los átomos e iones mas duro será el miela.

Clivaje: Es la tendencia de un mineral a romperse a lo largo de una superficie plana. El término es usado para describir el arreglo geométrico producido por su rompimiento. El clivaje varia inversamente a la fuerza del enlace. Si los enlaces son fuertes el clivaje será malo y si el enlace es débil el clivaje será bueno. Generalmente en los enlaces ionico el clivaje es mejor que en el covalente. El número de planos y patrones del clivaje es identificado en muchas rocas formadoras de minerales. La muscovita tiene un solo plano del clivaje pero la calcita y la dolomita tiene tres direcciones de clivaje. La estructura cristalina determina los planos del clivaje y las caras del cristal. Cristales con poco clivaje es posible que dicho clivaje corresponda a las caras del cristal. Las caras están formadas a lo largo de numerosos planos definidos por columnas de átomos e iones. El clivaje ocurre a lo largo de esos planos.

Peso especifico: Cada mineral tiene un peso definido por centímetro cubico; este peso característico se describe generalmente comparándolo con el peso de un volumen igual de agua; el numero resultante es lo que se llama peso especifico del mineral. El peso especifico de un mineral aumenta con el numero atómico de la masa de los elementos que lo constituyen y con la proximidad o apretamiento en que estén arreglados en la estructura cristalina.

Color: Aunque el color no es una propiedad segura para la identificación de la mayoria de los minerales, se le usa en ciertas distinciones de carácter general. Por ejemplo los minerales ferruginosos, por lo común son de color oscuro que puede ser gris oscuro, verde oscuro y negro. Los minerales que contienen aluminio son de color claro, que puede incluir el púrpura, rojo profundo, amarillo y algunos tonos café.

Raya: La raya de un mineral es el color que este presenta cuando se pulveriza finamente, que puede ser rayando una cerámica blanca con el mineral. La raspadura puede ser muy diferente del color del ejemplar de mano. Por ejemplo la hematita puede ser de color café, verde o negro, pero la raspadura siempre tiene un color café rojizo.

Características de los Minerales y de los Cristales y Diferencias entre ellos

Minerales

Los minerales son componentes naturales y materialmente individuales de la corteza rigida.
Son naturalmente formados:
Inorgánicos.
En general sólidos.
Poseen una composición química definida.
Materialmente homogéneos.
Cristalinos (con estructura atómica ordenada) o
amorfos (sin estructura cristalina).
La mayoría de los minerales son cristales.

Los minerales pueden haberse formado por procesos inorgánicos o con la colaboración de organismos p. ej. azufre elemental, pirita y otros súlfuros pueden ser formados por reducción con la colaboración de bacterias. A veces los minerales forman parte de organismos como p. ej. calcita, aragonita y opalo, se pueden formar esqueletos o conchas de microorganismos e invertebrados y apatita, que es un componente esencial de huesos y dientes de los vertebrados.

Cristales 

Los cristales son formados naturalmente o son cultivados artificialmente.
Inorgánicos u orgánicos, p. ej. Vitamina B12
En general sólidos.
Materialmente homogéneos.
Cristalinos, nunca amorfos.
Los cristales tienen una disposición o un arreglo atómico único de sus elementos.
Los cristales naturales poseen grados de simetría característicos los que son consecuencia del arreglo interno de los átomos que los forman.
Los cristales son isotrópicos o anisotrópicos.
Los cristales isotrópicos tienen las mismas propiedades físicas en todas las direcciones -los cristales los cuales pertenecen al sistema cubico son los isotrópicos, p. ej. halita, pirita.
Los cristales anisotrópicos tienen propiedades físicas que son diferentes en distintas direcciones, p. ej. cordierita, biotita, cuarzo. Cianita o distena respectivamente tiene en su extensión longitudinal una dureza de 4,5 a 5 según la escala de Mohs y una dureza más alta de 6,5 a 7 en su extensión lateral.

Relación entre la forma externa de los minerales/cristales y su red cristalina

En algunas rocas, especialmente en las rocas cristalinas - como las plutonitas y las metamorfitas - los minerales presentan caras de cristales las cuales son superficies lisas limitadas por ángulos determinados. Estos planos lisos a menudo corresponden con planos de su red cristalina y por lo tanto reflejan la estructura cristalina del cristal.
En una micacita de mica y granate p. ej. los granates a menudo cristalizan en su forma propia, dice que todos los planos externos de los granates corresponden con planos de su red cristalina: los granates son idiomorfos.
En un granito o una granodiorita p. ej. se observan plagioclasas y feldespatos alcalinos limitados por algunos planos del cristal y por algunos planos de forma irregular: las plagioclasas y los feldespatos alcalinos de los granitos son 'hipidiomorfos'.
En otras rocas p. ej. en las areniscas los minerales no presentan caras de cristales pero sí formas de fragmentos o clastos.
 
Estructura atómica de los minerales/cristales

Cada mineral y cada cristal tiene una composición constante de elementos en proporciones definidas.
P. ej. el diamante se constituye solo de un único elemento: el carbono C
La sal de mesa común , el mineral halita se compone de dos elementos: sodio y cloro, en cantidades iguales: NaCl. El simbolo de la halita 'NaCl' indica que cada ion de sodio está acompañado por un ion de cloro.
El mineral pirita, también llamado oro de los tontos se compone de dos elementos: hierro y azufre, pero este mineral contiene dos iones de S por cada ion de Fe. Esta relación se expresa por el simbolo FeS2. El cristal tiene una disposición o un arreglo atómico único de sus elementos. Cada cristal tiene una forma cristalina y caracteristica producida por su estructura cristalina.
 

Definiciones

Homogéneo
Los minerales/cristales tienen las mismas propiedades físicas en paralelas direcciones y tienen una composición química definida y uniforme.

Cristalino
Los diferentes componentes químicos se encuentran en lugares definidos y se ordenan regularmente, formando un cristal con estructura atómica regular o con arreglo atómico ordenado.
Amorfo
Sin estructura cristalina; los vidrios volcánicos y los precipitados en forma de gel (ópalo) son cuerpos amorfos.

Isotrópico
Tienen las mismas propiedades en todas sus direcciones; los cristales cubicos y los vidrios volcanicos son isotrópicos, p.ej. granate.

Anisotrópico
Los cristales tienen distintas propiedades físicas en diferentes direcciones; todos los cristales excepto los cristales cubicos son anisotrópicos, p.ej. cuarzo, calcita.
P. ej. la dureza de la distena es una caracteristica física que difiere en distintas direcciones. Se puede rayarla en dirección longitudonal (dureza = 4,5 - 5) más fácilmente que en su dirección transversal (dureza = 6,5 - 7).

Mineral
Un elemento químico, sólido, un compuesto sólido o una solución sólida, naturalmente formado, materialmente homogéneo, p.ej. calcita.

Cristal
Un cuerpo cristalino con un arreglo ordenado de sus átomos, p.ej. cuarzo.

Roca
Roca es un agregado de minerales de varios granos . Es formado por minerales o, menos corrientemente, de un solo mineral.
Sea o no sólido. El agregado de los minerales de las rocas depende de su composición química y las condiciones distintas que dominaron durante su génesis.
La roca es heterogénea.
1. Compuesta de un solo tipo de mineral: monominerálica, p. ej.: la piedra caliza compuesta de calcita y la arenisca pura compuesta de cuarzo.
2. Compuesta de varios tipos de minerales: poliminerálica, p. ej. el granito compuesto principalmente de cuarzo, feldespato, mica y otros minerales en menor cantidad como anfíbol, apatito y circón.

Suelo
Material producido por la meteorización y la acción de plantas y animales sobre las rocas de la superficie de la tierra.

Mena
Mineral del cual se puede obtener un metal que es valioso por un costo . Una especie homogénea de un mineral que sirve para extraer uno o varios metales; con valor económico, lo cual depende del tiempo y del lugar de su formación.

Otras propiedades de los minerales

Cristales maclados

Algunos cristales están formados por dos o más partes en las cuales la celosía (Kristallgitter) tiene orientaciones diferentes que están relacionadas en forma geométrica. Los cristales compuestos de este tipo se conocen como cristales maclados.
Hay varios tipos de maclas, p.ej. maclas simples, maclados de contacto, maclas de interpenetración, maclas paralelas, maclado normal.
Se llaman maclas simples a los cristales compuestos de dos partes individuales, que tienen una relación estructural definida.
Si las dos partes de una macla simple están separados por una superficie definida, ésta se describe como maclado de contacto.
Macla de interpenetración se refiere a los cristales unidos por un plano de composición - superficie a lo largo de la cual los dos individuos están unidos - irregular, p. ej. ortoclasa.

Solubilidad

La solubilidad depende de la composición del mineral. Sobre todo se usa una dilución fría de acido clorhídrico HCl para distinguir Calcita de puro CaCO3 (carbonato de calcio) de otros minerales parecidos de una cantidad menor de CaCO3 o sin CaCO3.
La reacción es la siguiente:
CaCO3 + 2HCl --> H2CO3 (dióxido de carbono diluido en agua) + CaCl2 y H2CO3 se descompone en H2O y dióxido de carbono CO2 (gas).
Burbujas de CO2 se producen por esta reacción. Se observa la efervescencia de la dilución de ácido clorhídrico cuando se libera el dioxido de carbono. La concentración de la dilución de HCl tiene que ser 5%.
Para la aplicación de la dilución de HCl se necesita un plano fresco de fractura de una roca.

Densidad

Cada mineral tiene un peso definido por centímetro cúbico; este peso característico se describe generalmente comparandolo con el peso de un volumen igual de agua; el número de masa resultante es lo que se llama 'peso especifico' o 'densidad' del mineral. El peso especifico de un mineral aumenta con el número de masa de los elementos que la constituyen y con la proximidad o el apretamiento en que estén arreglados en la estructura cristalina.
La mayoria de los minerales que forman rocas tienen un peso especifico de alrededor de 2,7 g/cm3, aunque el peso especifico medio de los minerales metálicos es aproximadamente de 5 g/cm3.
Los minerales pesados son los que tienen un peso especifico más grande que 2,9 g/cm3, p.ej. circon, pirita, piroxeno, granate.

Algunos ejemplos:

Densidad en g/cm3	Mineral
2,65	Cuarzo
2,5	Feldespato
2,6-2,8	Plagioclasa
4,47	Baritina
4,9	Magnetita
5,0-5,2	Pirita
19,3	Oro

Propiedades magnéticas y eléctricas

Todos los minerales están afectados por un campo magnético. Los minerales que son atraídos ligeramente por un imán se llaman paramagnéticos, los minerales que son repelidos ligeramente por un imán se llaman diamagnéticos.
Magnetita Fe3O4 y pirotita Fe1-nS son los únicos minerales magnéticos comunes.

Los minerales tienen diferente capacidad para conducir la corriente eléctrica. Los cristales de metales nativos y muchos sulfuros son buenos conductores, minerales como micas son buenos aislantes dado que no conducen la electricidad.

Los Sistemas Cristalinos

Los cristales se describen por los sistemas cristalinos. Existen 7 sistemas cristalinos y cada uno de ellos tiene sus propios elementos de simetría. Se describen los sistemas cristalinos por:

- Sus ejes cristalográficos.
- Los ángulos que respectivamente dos de los ejes cristalográficos rodean.
- Las longitudes de los ejes cristalográficos.

Sistema Cúbico

Existen tres ejes cristalograficos a 90° entre sí:
X = Y = Z = 90°
Las longitudes de los ejes son iguales:
a = b = c
Formas típicas del sistema cristalino y sus elementos de simetría :
El cubo (p.ej. halita, fluorita), el rombododecaedro (p.ej. granate) y el octaedro son formas de 3 ejes cuaternario de simetría, 4 ejes ternarios de simetría y 6 ejes binaríos de simetría.
El Tetraedro es una forma de 4 ejes ternarios y de 3 ejes binarios.
Minerales que pertenecen al sistema cúbico son:
Halita NaCl, Pirita FeS2,Galena PbS, las cuales forman entre otros cubos.
Diamante de forma octaédrica, Magnetita Fe3O4 forma entre otros octaedros.
Granate, p. ej. Almandina Fe3Al2[SiO2]4 de forma rombododecaédrica, de forma icositetraédrica o de combinaciones de las formas icositetraédrica y rombododecaédrica. - El rombododecaedro es una forma simple compuesta de 12 caras de contorno rómbico. El icositetraedro es una forma compuesta de 24 caras de contorno trapezoidal.
Esfalerita ZnS de forma tetraédrica.

Sistema Tetragonal

Existen 3 ejes cristalograficos a 90° entre sí:
X = Y = Z = 90°
Los parámetros de los ejes horizontales son iguales, pero no son iguales al parámetro del eje vertical:
a = b = c
Formas típicas y sus elementos de simetría son :

Circón (ZrSiO2) pertenece al sistema tetragonal y forma p. ej. prismas limitados por piramides al extremo superior y inferior.
Casiterita SnO2

Sistema Hexagonal

Existen 4 ejes cristalograficos, tres a 120° en el plano horizontal y uno vertical y perpendicular a ellos:
Y1 = Y2 = Y3 = 90° - ángulos entre los ejes horizontales y el eje vertical.
X1 = X2 = X3 = 120° - ángulos entre los ejes horizontales.
a1 = a2 = a3 = c con a1, a2, a3 = ejes horizontales y c = eje vertical.
Apatito Ca5[(F, OH, Cl)/(PO4)3] y grafita C pertenecen al sistema hexagonal.
Formas típicas son el prisma hexagonal y el trapezoedro hexagonal de un eje sexternario y 6 ejes binarios.

Sistema Trigonal

Existen tres ejes cristalograficos con parámetros iguales, los ángulos X1, X2 y X3 entre ellos difieren a 90°:
X1 = X2 = X3 = 90°
a1 = a2 = a3
Calcita CaCO3 y Dolomita CaMg(CO3)2 pertenecen al sistema trigonal y forman a menudo romboedros.
Otra forma es una combinación de piramide trigonal y pinacoide con 3 ejes binarios de simetría.

Sistema Ortorómbico

Existen tres ejes cristalograficos a 90° entre sí:
X = Y = Z = 90°
Los parámetros son desiguales:
a = b = c
Ej.: Olivino (Mg,Fe)2(SiO4)
Una forma típica es una combinación de paralelogramo y pinacoide con 3 ejes binarios de simetría.

Sistema Monoclínico

Hay tres ejes cristalograficos, de los cuales dos ( uno de los dos siempre es el eje vertical = eje c) están a 90° entre sí:
X = Z = 90° y Y = 90°
Los parámetros son desiguales.
a = b = c
Ej.: Mica

Sistema Triclínico

Hay tres ejes cristalográficos, ninguno de ellos a 90° entre sí:
X = Y = Z = 90°
Los parámetros son desiguales.
a = b = c
Ej.: Albita: NaAlSi308 y Distena: Al2SiO5

Clasificación de los Minerales
Formadores de Rocas

Los minerales son componentes naturales y materialmente individuales de la corteza terrestre rígida.
Científicamente se les clasifica en base a su composición química y al tipo de estructura cristalina .

Elementos Nativos

Elementos nativos son los elementos que aparecen sin combinarse con los átomos de otros elementos como p.ej. oro Au, plata Ag, cobre Cu, azufre S, diamante C. Aparte de la clase de los elementos nativos los minerales se clasifican de acuerdo con el carácter del ion negativo (anión) o grupo de los aniones, los cuales están combinados con iones positvos.

Sulfuros

Incluido compuestos de selenio (Selenide), arsenurios (Arsenide), telururos (Telluride), antimoniuros (Antimonide) y compuestos de bismuto (Bismutide).
Los sulfuros se distinguen con base en su proporción metal:azufre según el proposito de STRUNZ (1957, 1978).
Ejemplos son galena PbS, esfalerita ZnS, pirita FeS2, calcopirita CuFeS2, argentita Ag2S, Löllingit FeAs2.

Haluros

Los aniones característicos son los halogenos F, Cl, Br, J, los cuales están combinados con cationes relativamente grandes de poca valencia, p.ej. halita NaCl, silvinita KCl, fluorita CaF2.

Oxidos e Hidróxidos

Los óxidos son compuestos de metales con oxígeno como anión. P.ej. cuprita Cu2O, corindón Al2O3, hematita Fe2O3, cuarzo SiO2, rutilo TiO2, magnetita Fe3O4.
Los hidróxidos están caracterizados por iones de hidróxido (OH-) o moléculas de H2O-, p.ej. limonita FeOOH: goethita *-FeOOH, lepidocrocita *-FeOOH.

Carbonatos

El anión es el radical carbonato (CO3)2-, p.ej. calcita CaCO3, dolomita CaMg(CO3)2, malaquita Cu2[(OH)2/CO3].

Sulfatos, Wolframatos, Molibdatos y Cromatos

En los sulfatos el anión es el grupo (SO4)2- en el cual el azufre tiene una valencia 6+, p.ej. en la barita BaSO4, en el yeso CaSO4*2H2O.
En los wolframatos el anión es el grupo wolframato (WO4)4-, p.ej. scheelita o bien esquilita CaWO4.

Fosfatos, Arseniatos y Vanadatos

En los fosfatos el complejo aniónico (PO4)3- es el complejo principal, como en el apatito Ca5[(F, Cl, OH)/PO4)3]los arseniatos contienen (AsO4)3- y los vanadatos contienen (VO4)3- como complejo aniónico.

Silicatos

Es el grupo más abundante de los minerales formadores de rocas donde el anión está formado por grupos silicatos del tipo (SiO4)4-.

La Estructura de los Silicatos

Más del 90% de los minerales que forman las rocas son silicatos, compuestos de silicio y oxígeno y uno o más iones metálicos.
Los principios estructurales de los silicatos son los siguientes:
1. Cada uno de los silicatos tiene como compuesto básico un ion complejo de forma tetraédrica. Este tetraedro consiste en una combinación de un ion de silicio con un radio de 0.42Å, rodeado por 4 iones de oxígeno con un radio de 1.32Å tan estrechamente como es posible geométricamente. Los iones de oxígeno se encuentran en las esquinas del tetraedro y aportan al tetraedro una carga electrica de -8 y el ion de silicio contribuye con +4. Asi , el tetraedro puede considerarse como un anion complejo con una carga neta de -4. Su símbolo es [SiO4]4-. Se lo conoce como anión silicato.
2. La unidad básica de la estructura de los silicatos es el tetraedro de [SiO4]4-. Se distinguen algunos pocos tipos estructurales de los silicatos:
-Silicatos formados de tetraedros independientes, que alternan con iones metálicos positivos como p.ej. en el olivino.
Además el oxígeno del anión silicato [SiO4]4- simultaneamente puede pertenecer a 2 diferentes tetraedros de [SiO4]4-. De tal manera se forman aparte de los tetraedros independientes otras unidades tetraédricas.
- Sorosilicatos formados de paras de tetraedros: [Si2O7], p.ej.epidota.
- Ciclosilicatos formados por anillos de tetraedros de [SiO4]4-: [Si3O9]6-, [Si4O12]8-, [Si6O18]12-, p.ej. berilo Be3Al2[Si6O18].
- Inosilicatos formados por cadenas simples o cadenas dobles de tetraedros de [SiO4]4-:
por cadenas simples p.ej. piroxenos
por cadenas dobles p.ej. anfíboles.
- Filosilicatos formados por placas de tetraedros de [SiO4]4- p.ej. caolinita, talco.
- Silicatos con estructuras tetraédricas tridimensionales, p.ej. feldespatos.
3. El catión Al3+ puede ser rodeado por 4 o 6 átomos de oxígeno (cifra de coordenación de 4 o 6) y tiene un diametro ionico muy similar a Si4+ (Si4+: 0.42Å, Al3+: 0.51Å). Por esto reemplaza al Si4+ en el centro del tetraedro p.ej. en la moscovita KAl[6]2[(OH)2/Si3Al[4]O11] o se ubica en el centro de un octaedro como los cationes Mg2+ o Fe2+.p.ej. en el piroxeno de sodio Jadeita NaAl[6]Si2O6.