Mineral

Un mineral é un corpo producido por procesos de natureza inorgánica, xeralmente cunha composición química definida e, se se forma en condicións favorables (espazo, tempo e repouso axeitados), unha estrutura atómica definida pola súa cela unidade que se expresa na súa forma cristalina e outras propiedades físicas características. Adoita presentarse en estado sólido á temperatura media da Terra, aínda que algúns, como a auga e o mercurio, preséntanse en estado líquido. É diferente dunha rocha, que pode ser un agregado de minerais ou non minerais e que non ten unha composición química específica. A definición exacta dun mineral é obxecto de debate, especialmente con respecto á esixencia de ser abioxénico, e en menor medida, a si debe ter unha estrutura atómica ordenada. O estudo dos minerais chámase mineraloxía.

Xofre, exemplo de mineral formado por un só elemento químico; (S)

Cinabrio, exemplo de mineral formado por varios elementos químicos; (Hg e S)

Para a función nutritiva dos minerais, ver Minerais na alimentación

Ametista, unha variedade do cuarzo

Hai máis de 5300 especies minerais coñecidas, delas máis de 5090 aprobadas pola Asociación Mineralóxica Internacional (IMA polas súas siglas en inglés). Continuamente descóbrense e describen novos minerais, entre 50 e 80 ao ano. A diversidade e abundancia de especies minerais é controlada pola química da terra. O silicio e o osíxeno constitúen aproximadamente o 75 % da cortiza terrestre, o que se traduce directamente no predominio dos minerais de silicato, que compoñen máis do 90% da cortiza terrestre. Os minerais distínguense por diversas propiedades químicas e físicas. Diferenzas na composición química e na estrutura cristalina distinguen varias especies, e estas propiedades, á súa vez, están influídas pola contorna xeolóxica da formación do mineral. Cambios na temperatura, a presión, ou na composición do núcleo dunha masa de rocha causan cambios nos seus minerais.

Os minerais poden ser descritos por varias propiedades físicas que se relacionan coa súa estrutura química e composición. As características máis comúns que os identifican son a estrutura cristalina e o hábito, a dureza, o lustre, a diafanidade, a cor, o raxado, a tenacidade, a exfoliación, a fractura, a partición e a densidade relativa. Outras probas máis específicas para a caracterización de certos minerais son o magnetismo, o sabor ou o cheiro, a radioactividade e a reacción aos ácidos fortes.

Os minerais clasifícanse polos seus compoñentes químicos clave sendo os dous sistemas dominantes a clasificación de Dana e a clasificación de Strunz. A clase de silicatos subdividese en seis subclases segundo o grao de polimerización na súa estrutura química. Todos os silicatos teñen unha unidade básica en forma de tetraedro de sílice [SiO
4]4−
, é dicir, un catión de silicio unido a catro anión de osíxenos. Estes tetraedros poden ser polimerizados para dar as subclases: neosilicatos (non polimerizados, e por tanto, só tetraedros), sorosilicatos (dous tetraedros enlazadados entre si), ciclosilicatos (aneis de tetraedros), inosilicatos (cadeas de tetraedros), filosilicatos (láminas de tetraedros), e tectosilicatos (redes en tres dimensións de tetraedros). Outros grupos minerais importantes son os elementos nativos, sulfuros, óxidos, haluros, carbonatos, sulfatos e fosfatos.

Definición

Definición básica

A definición xeral dun mineral comprende os seguintes criterios:

1. ser de orixe natural;
2. ser estable a temperatura ambiente;
3. estar representado por unha fórmula química;
4. ser xeralmente abioxénico (non resultado da actividade dos organismos vivos);
5. e ter disposición atómica ordenada.

As tres primeiras características xerais son menos debatidas que as dúas últimas. O primeiro criterio significa que un mineral tense que formar por un proceso natural, o que exclúe compostos antropoxénicos. A estabilidade a temperatura ambiente, no sentido máis simple, é sinónimo de que o mineral sexa sólido. Máis especificamente, un composto ten que ser estable ou metaestable a 25 °C. Son exemplos clásicos de excepcións a esta regra o mercurio nativo, que cristaliza a -39 °C, e o xeo de auga, que é sólido só por baixo de 0 °C; posto que estes dous minerais describíronse con anterioridade a 1959, foron adoptados pola Asociación Internacional de Mineraloxía (IMA). Os avances modernos supoñen un amplo estudo dos cristais líquidos, que tamén concerne amplamente á mineraloxía. Os minerais son compostos químicos, e, como talles, poden ser descritos por unha fórmula fixa ou unha variable. Moitos grupos de minerais e especies están compostos por unha solución sólida; as sustancias puras xeralmente non se atopan debido á contaminación ou substitución química. Por exemplo, o grupo da olivina descríbese pola fórmula variable (Mg, Fe)
2SiO
4, que é unha solución sólida de dúas especies de membro extremo, a forsterita rica en magnesio e a fayalita rica en ferro, que se describen mediante unha fórmula química fixa. Outras especies minerais poderían ter composicións variables, tales como o sulfuro da mackinawita, (Fe, Ni)
9S
8, que é principalmente un sulfuro ferroso, pero que ten unha impureza de níquel moi significativa que se reflicte na súa fórmula.

O requisito de que unha especie mineral para ser válida debe ser abiogénica tamén se describiu como similar a que sexa inorgánica; con todo, este criterio é impreciso e aos compostos orgánicos asignóuselles unha rama de clasificación separada. Por último, a esixencia de ter unha disposición atómica ordenada é xeralmente sinónimo de cristalinidade; con todo, os cristais tamén son periódicos, polo que se utiliza no seu lugar o criterio máis amplo. Unha disposición atómica ordenada dá lugar a unha variedade de propiedades físicas macroscópicas, como a forma cristalina, a dureza e a exfoliación. Houbo varias propostas recentes para modificar a definición para considerar as sustancias bioxénicas ou amorfas como minerais. A definición formal dun mineral aprobada pola IMA en 1995:

Un mineral é un elemento ou composto químico que é normalmente cristalino e que se formou como resultado de procesos xeológicos.

IMA (1995)

Ademais, as sustancias bioxénicas foron excluídas explicitamente:

As sustancias bioxénicas son compostos químicos producidos totalmente por procesos biolóxicos sen un compoñente xeológico (por exemplo, cálculos urinarios, cristais de oxalato en tecidos vexetais, cunchas de moluscos mariños, etc.) e non son considerados como minerais. Con todo, se houbo procesos xeológicos implicados na xénese do composto, entón o produto pode ser aceptado como un mineral.

IMA (1995)

Avances recentes

Os sistemas de clasificación de minerais e as súas definicións están a evolucionar para recoller os últimos avances da ciencia mineral. Os cambios máis recentes foron a adición dunha clase orgánica, tanto no novo Dana como nos esquemas da clasificación de Strunz. A clase orgánica inclúe un grupo moi raro de minerais con hidrocarburos. A «Comisión sobre novos minerais e nomes de minerais» da IMA aprobou en 2009 un esquema xerárquico para a denominación e clasificación dos grupos minerais e dos nomes dos grupos e estableceu sete comisións e catro grupos de traballo para revisar e clasificar os minerais nunha lista oficial dos seus nomes publicados. De acordo con estas novas regras,

as especies minerais poden ser agrupadas de diferentes maneiras, sobre a base da química, a estrutura cristalina, a aparición, a asociación, a historia xenética ou os recursos, por exemplo, dependendo da finalidade para que sirva a clasificación.

mineral species can be grouped in a number of different ways, on the basis of chemistry, crystal structure, occurrence, association, genetic history, or resource, for example, depending on the purpose to be served by the classification.

IMA

A exclusión de Nickel (1995) das substancias bioxénicas non foi universalmente respectada. Por exemplo, Lowenstam (1981) declarou que «os organismos son capaces de formar unha gran variedade de minerais, algúns dos cales non se poden formar inorgánicamente na biosfera.» A distinción é unha cuestión de clasificación e ten menos que ver cos constituíntes dos minerais mesmos. Skinner (2005) considera todos os sólidos como minerais potenciais e inclúe os biominerais no reino mineral, que son aqueles creados polas actividades metabólicas dos organismos. Skinner ampliou a definición previa dun mineral para clasificar como mineral calquera «elemento ou composto, amorfo ou cristalino, formado a través dos procesos bioxeoquímicos».

Os recentes avances na xenéticas de alta resolución e espectroscopía de absorción de raios X están a proporcionar revelacións sobre as relacións bioxeoquímicas entre microorganismos e minerais que poden facer obsoleta a exclusión bioxénica de Nickel (1995) e unha necesidade a inclusión bioxénica de Skinner (2005). Por exemplo, o IMA encargou ao «Grupo de traballo de Mineraloxía ambiental e Xeoquímica» tratar dos minerais na hidrosfera, atmosfera e biosfera. O alcance do grupo inclúe microorganismos formadores de minerais, que existen en case todas as rochas, no solo e na superficie das partículas que atravesan o globo até unha profundidade de polo menos 1600 metros por baixo do fondo do mar e 70 quilómetros na estratosfera (posiblemente introdúzanse na mesosfera). Os ciclos bioxeoquímicos contribuíron á formación de minerais durante miles de millóns de anos. Os microorganismos poden precipitar os metais da disolución, contribuíndo á formación de xacementos de minerais. Tamén poden catalizar a disolución dos minerais.

Antes da lista da Asociación Internacional de Mineraloxía, máis de 60 biominerais xa foran descubertos, nomeados e publicados. Estes minerais (un subconxunto tabulado en Lowenstam (1981)) considéranse propiamente minerais de acordo coa definición de Skinner (2005). Estes biominerais non figuran na lista oficial de nomes de minerais da IMA, aínda que moitos destes biominerais representativos distribúense entre as 78 clases minerais que figuran na clasificación de Dana. Outra clase rara de minerais (principalmente de orixe biolóxica) inclúe os cristais líquidos minerais que teñen propiedades tanto de líquidos como de cristais. Até a data identificáronse máis de 80.000 compostos cristalinos líquidos.

A definición de mineral de Skinner (2005) toma en conta esta cuestión afirmando que un mineral pode ser cristalino ou amorfo, incluíndo neste último grupo os cristais líquidos. Aínda que os biominerais e os cristais líquidos non son a forma máis común de minerais, axudan a definir os límites do que constitúe propiamente un mineral. A definición formal de Nickel (1995) menciona explicitamente a cristalinidad como unha clave para a definición dunha substancia como un mineral. Un artigo de 2011 define a icosahedrita, unha aliaxe de ferro-cobre-aluminio, como mineral; chamada así polo seu singular simetría icosaédrica natural, é un cuasi cristal. A diferenza dun verdadeiro cristal, os cuasicristais están ordenados pero non de forma periódica.

Rochas, menas e xemas

Un xisto é unha rocha metamórfica que se caracteriza pola abundancia de placas minerais. Neste exemplo, a rocha ten prominentes porfiroblastos de silimanita (de ate 3 cm).

Os minerais non son equivalentes ás rochas. Unha rocha pode ser un agregado dun ou máis minerais, ou non ter ningún mineral. Rochas como a calcaria ou a cuarcita componse principalmente dun mineral —calcita ou aragonita no caso da calcaria, e cuarzo, na última. Outras rochas poden ser definidas pola abundancia relativa dos minerais clave (esenciais); un granito está definido polas proporcións de cuarzo, feldespato alcalino e plaxioclasio. Os outros minerais da rocha denomínanse accesorios, e non afectan en gran medida a composición global da rocha. As rochas tamén poden estar compostas enteiramente de material non mineral; o carbón é unha rocha sedimentaria composta principalmente de carbono derivado de maneira orgánica.

Nas rochas, algunhas especies e grupos minerais son moito máis abundantes que outros; estes denomínanse minerais formativos. Os principais exemplos son o cuarzo, feldespatos, as micas, os anfíbolos, os piroxenos, os olivinas, e a calcita; excepto a última, todos son minerais silicatos. En xeral, ao redor duns 150 minerais considéranse particularmente importantes, xa sexa en termos da súa abundancia ou valor estético en termos de coleccionismo.

Os minerais e rochas comercialmente valiosos coñécense como minerais industriais e rochas industriais. Por exemplo, a moscovita, unha mica branca, pode ser utilizada para xanelas (ás veces coñecida como isinglass), como material de recheo ou como un illante. As menas son minerais que teñen unha alta concentración dun determinado elemento, normalmente un metal. Exemplos diso son o cinabrio (HgS), un mineral de mercurio, esfalerita (ZnS), un mineral de zinc, ou a casiterita (SnO
2), un mineral de estaño. As xemas son minerais cun alto valor ornamental, e distínguense das non xemas pola súa beleza, durabilidade, e polo xeral, rareza. Hai ao redor de 20 especies minerais que se cualifican como minerais xema, que constitúen ao redor das 35 pedras preciosas máis comúns. Os minerais xema están a miúdo presentes en diversas variedades, e así un mineral pode dar conta de varias pedras preciosas diferentes; por exemplo, rubí e o zafiro son ambas unha variedade do mineral corindón, Al
2O
3.

Clasificación

Un mineral pode ser clasificado con certa facilidade a simple vista, pero isto non sempre é posible. En moitas ocasións é necesario levar a cabo un estudo químico da súa estrutura para poder saber ante que nos atopamos. É logo necesario, para un estudo completo dos minerais, que se teñan en conta non só os aspectos externos e físicos da peza, tamén é importante o estudo dos átomos que o compoñen e a súa relación estequiométrica entre eles (fórmula química).

As primeiras clasificacións

Os minerais adoitábanse clasificar na antigüidade con criterios do seu aspecto físico. No 315 a. C., Teofrasto presentou a súa clasificación dos minerais no seu tratado Sobre as pedras. A súa clasificación estaba influída polas ideas dos seus mestres Platón e Aristóteles. Teofrasto clasificou os minerais como pedras, terras ou metais.

A clasificación de minerais de Georgius Agricola no seu libro De Natura Fossilium, publicado en 1546, dividía os minerais en tres tipos de sustancias: simples (pedras, terras, metais e mollos conxelados), compostas (intimamente mesturadas) e compostas (separables).

Linné

Unha das primeiras clasificacións dos minerais realizouna Carl von Linné na súa obra fundamental de 1735 Systema Naturae. Dividiu o mundo natural en tres reinos: plantas, animais e minerais, e clasificou cada un deles coa mesma xerarquía. En orde descendente, eran Fío, Clase, Orde, Familia, Tribo, Xénero e Especie. Con todo, aínda que o seu sistema estaba xustificado pola teoría da formación das especies de Charles Darwin e foi amplamente adoptado e ampliado polos biólogos nos séculos seguintes (que aínda utilizan o seu esquema de denominación binomial baseado no grego e o latín), tivo pouco éxito entre os mineraloxistas (aínda que cada mineral distinto aínda se coñece formalmente como unha especie mineral) e deixou de usarse no século XIX; co posterior desenvolvemento da química, o químico sueco Axel Fredrik Cronstedt (1722-1765) elaborou a primeira clasificación de minerais en función da súa composición; o xeólogo estadounidense James Dwight Dana, en 1837, propuxo unha clasificación considerando a estrutura e composición química. A clasificación máis actual fúndase na composición química e a estrutura cristalina dos minerais. As clasificacións máis empregadas son as de Strunz e Kostov.

Clasificación moderna

Os minerais clasifícanse segundo a variedade, especie, serie e grupo, en orde crecente de xeneralidade. O nivel básico de definición é o das especies minerais, que se distinguen doutras especies polas súas propiedades químicas e físicas específicas e únicas. Por exemplo, o cuarzo defínese pola súa fórmula química, SiO
2, e por unha estrutura cristalina específica que o distingue doutros minerais coa mesma fórmula química (denominados polimorfos). Cando existe un rango de composición entre dúas especies minerais, defínese unha serie mineral. Por exemplo, a serie da biotita está representada por cantidades variables da membros finais flogopita, siderofilita, annita, e eastonita. Por contraste, un grupo mineral é unha agrupación de especies minerais con algunhas propiedades químicas comúns que comparten unha estrutura cristalina. O grupo piroxeno ten unha fórmula común de XY(Si, Al)
2O
6, onde X e E son ambos catións, sendo X xeralmente maior que E (radio iónico); os piroxenos son silicatos de cadea sinxela que cristalizan en calquera dos sistemas cristalinos monoclínico ou ortorrómbico. Finalmente, unha variedade mineral é un tipo específico de especies minerais que difiren por algunha característica física, como a cor ou o hábito do cristal. Un exemplo é a ametista, que é unha variedade púrpura do cuarzo.

Para ordenar minerais dúas son as clasificacións máis comúns, a de Dana e a de Strunz, ambas as dúas baseadas na composición, en especial respecto dos grupos químicos importantes, e na estrutura. James Dwight Dana, un xeólogo principal do seu tempo, publicou por primeira vez a súa System of Mineralogy [Sistema de Mineraloxía] en 1837; en 1997 editouse a súa oitava edición. A clasificación de Dana asigna un número de catro partes a unha especie mineral. O seu número de clase baséase nos grupos de composición importantes; o número de tipo dá a relación de catións/anións no mineral; e os dous últimos números corresponden ao grupo de minerais por similitude estrutural dentro dun tipo ou clase determinada. A clasificación de Strunz —utilizada con menor frecuencia e chamada así polo mineraloxista alemán Karl Hugo Strunz— baséase no sistema de Dana, pero combina tanto criterios químicos como estruturais, estes últimos con respecto á distribución dos enlaces químicos.

As propiedades físicas dun mineral

• O sistema cristalino dinos como están ordenados internamente os átomos dun mineral.
• A cor, debida á absorción de determinadas lonxitudes de onda polos átomos dun mineral, non é demasiado significativa, agás nalgúns minerais.
• O brillo é a capacidade que posúen as superficies externas dun mineral de reflectir a luz. O brillo pode ser: metálico (galena), adamantino (diamante), vítreo (fluorita), resinoso (xofre), graxo (halita), anacarado (mica) ou terroso (cinabrio).
• A dureza é a resistencia dun mineral a ser raiado por outro e a capacidade de raiar a un terceiro. Mídese segundo a escala de Mohs.
• A fractura, é a forma na que racha un mineral.
• A exfoliación é a capacidade dun mineral de ser separado en diferentes subestruturas. Pode ser: xeométrica, perfecta (como as láminas das micas), imperfecta (como a da pirita), moi imperfecta ou inexistente.
• A raia é a cor do po dun determinado mineral. Mentres que a cor pode variar dun exemplar a outro nun mesmo mineral, a raia será sempre a mesma.
• A densidade é a relación entre a masa da materia e o que ocupa (volume). Mídese en g/cm³.

Clasificación química e estrutural

A clasificación que utilizamos hoxe en día para estudar os diferentes tipos de minerais foi proposta en 1938 polo alemán H. Strunz. Esta séguese a usar nos nosos días, aínda que axustada lixeiramente. Baséase no estudo da composición química dos minerais para dividilos despois en diferentes clases. As clases son as seguintes:

• Clase I: Elementos nativos, formados por átomos dun só elemento químico (ex.: xofre, cobre).
• Clase II: Sulfuros, formados pola combinación do xofre cun elemento químico ou cun radical (ex.: pirita, cinabrio).
• Clase III: Haluros, compostos binarios formados por un átomo halóxeno e por un elemento químico ou por un radical (ex.: fluorita, silvina).
• Clase IV: Óxidos e hidróxidos, nos que a presenza de osíxeno oxidado é clave (ex.: magnetita, goethita).
• Clase V: Carbonatos e nitratos, formados por átomos de carbono ou nitróxeno e outros elementos químicos (ex.: aragonita, calcita).
• Clase VI: Sulfatos, formados por un átomo de xofre arrodeado por catro de osíxeno como compoñente esencial (ex.: xeso, anhidrita).
• Clase VII: Fosfatos, wolframatos, vanadatos e outros, con presenza de fósforo (ex.: volframita, piromorfita).
• Clase VIII: Silicatos, formados por silicio e osíxeno como compoñentes comúns (ex.: mica, feldespato). Os silicatos conforman o grupo máis abundante na codia terrestre (cun 90% de presenza). Desta forma, e segundo a súa estrutura interna, os silicatos subdivídense nas seguintes subclases:
  • Nesosilicatos.
  • Sorosilicatos.
  • Ciclosilicatos.
  • Inosilicatos.
  • Filosilicatos.
  • Tectosilicatos.
• Clase IX: Substancias orgánicas, formados por procesos nos que a intervención da natureza é clave (moitos científicos non consideran esta clase como unha verdadeira clase de minerais por estar presente a natureza na formación dos exemplares); (ex.: ámbar, copal).

Clasificación segundo caracterice unha rocha ou non

• Minerais esenciais: son os minerais que sempre aparecen nun determinado tipo de rocha, polo que caracterizan á mesma.
• Minerais accesorios: son minerais que poden ou non aparecer nun determinado tipo de rocha, polo que non caracterizan á mesma. Cando aparecen, preséntanse en cantidades mínimas.

A presenza dos minerais na codia terrestre

Os minerais están formados pola unión de diversos elementos químicos, pero a abundancia duns elementos e a escaseza doutros fai que só uns poucos elementos sexan de importancia e a ter en conta na formación dos minerais terrestres. O osíxeno e o silicio supoñen o 75% do volume total da codia terrestre. Estes elementos, xunto co ferro, sodio, potasio, calcio, aluminio e magnesio, supoñen o 99% do volume total e polo tanto o 99% de presenza no proceso de formación dos minerais terrestres.

Así pois, non tódolos minerais son igual de abundantes na Terra. A táboa que segue móstranos cales son os máis importantes segundo o seu volume total que representan:

Mineral	Volume
Plaxioclasio	42%
Ortoclasio	22%
Cuarzo	18%
Anfíbolo	5%
Piroxeno	4%
Biotita	4%
Magnetita	2%
Olivina	1%
Apatita	1%
Outros	1%

Aínda así, existen na Terra máis de 4.000 especies diferentes de minerais.

Artigo principal: Lista de minerais.

A xénese mineral

A formación dos minerais vén dada a través dos seguintes 5 tipos de mecanismos coñecidos:

• Cristalización: Ó baixar a temperatura dunha masa fundida (o magma, por exemplo), as vibracións térmicas dos átomos diminúen e as forzas atractivas tenden a enlazalos quimicamente. Fano así moitos silicatos coma o cuarzo.
• Sublimación dos gases: Ó arrefriar un gas, os átomos xúntanse e cristalizan en forma de minerais. O exemplo máis típico é o do xofre que aparece na base das fumarolas volcánicas.
• Alteración superficial: Ven provocada polos axentes meteorolóxicos. Os minerais expostos a eles oxídanse e hidrátanse e transfórmanse noutros. É o caso da pirita que se converte en limonita ó sufrir estes procesos.
• Precipitación das sales: Ó baixar a temperatura dunha solución, o disolvente evapórase e o soluto cristaliza debido ó descenso da temperatura e a presión. Así fano por exemplo a halita e a calcantita.
• Metamorfismo: O aumento da presión e temperatura fai que algúns minerais troquen a súa estrutura e se transformen noutros. É o caso do grafito, que se converte en diamante se isto acontece.

Dureza

Escala de Mohs	Mineral	Fórmula química
1	Talco	Mg3Si4O10(OH)2
2	Xeso	CaSO4·2H2O
3	Calcita	CaCO3
4	Fluorita	CaF2
5	Apatita	Ca5(PO4)3(OH,Cl,F)
6	Ortoclasio	KAlSi3O8
7	Cuarzo	SiO2
8	Topacio	Al2SiO4(OH,F)2
9	Corindón	Al2O3
10	Diamante	C

Galería

• 
  Ágata
• 
  Bauxita (Brasil)
• 
  Cuarzo
• 
  Fluorita
• 
  Mica branca
• 
  Pirita
• 
  Sílex
• 
  Xiz fibroso

Notas

Referencias

Véxase tamén

Bibliografía

• Mirre, Juan Carlos (1990). Guía dos minerais de Galicia. Vigo: Editorial Galaxia. ISBN 978-84-7154-729-3. 

Ligazóns externas

• Minerais: conceptos e nocións
• Minerais clasificados segundo Strunz (en inglés)
• Fotos e información sobre minerais
• Fotos de minerais, información e artigos
• Fotos e información sobre minerais españois
• Blog de información sobre minerais