1.1. Minerales

Por lo dicho hasta ahora, los minerales son los constituyentes básicos de los materiales terrestres, las rocas, pero ¿qué son los minerales? ¿Cuál es su composición?

Cuando las condiciones son las adecuadas, los elementos se unen mediante enlaces químicos para constituir compuestos –proceso que también es universal–, que tienen unas propiedades físicas y químicas específicas y distintas de las de los elementos que los constituyen. Muchos de estos compuestos son minerales, es decir, están formados por un proceso inorgánico natural y tienen una composición química más o menos responsable de varias de las propiedades físicas de los minerales.

Esa definición contiene seis propiedades o condiciones que debe cumplir una sustancia para ser considerada mineral:

Algunas tendencias actuales señalan la complejidad de reconocer los minerales y restringen este concepto al de un compuesto químico, que normalmente es cristalino, y que se ha formado como resultado de procesos geológicos. Sin embargo, a pesar de la aparente sencillez de esta definición, no siempre es fácil saber si un objeto es o no un mineral. Por ejemplo:

• ¿Las sustancias biogénicas (los cálculos renales, los cristales de oxalato en los tejidos de plantas, las conchas de moluscos marinos) son minerales? La respuesta en este caso parece clara: no son considerados minerales porque son compuestos químicos producidos totalmente por procesos biológicos, sin un componente geológico. No obstante, si los procesos geológicos estuvieran involucrados en su génesis el producto podría ser considerado un mineral. Un ejemplo, son las sustancias cristalizadas a partir de materia orgánica en las pizarras negras, o a partir del guano de las aves marinas en las fosforitas (rocas que se explicarán posteriormente), y los constituyentes de las calizas procedentes de las conchas de organismos marinos.

• ¿El agua es un mineral? Parece claro que la respuesta es no. Pero esto es cierto sólo para la fase líquida, porque el hielo –fase sólida– cumple todos los puntos de la definición.

Estructura cristalina

En la definición clásica de mineral, una de las características principales es su estructura cristalina. Sin embargo, no todos los compuestos naturales formados por procesos geológicos son cristalinos. De hecho, existen dos categorías de sustancias naturales no cristalinas formadas mediante procesos geológicos:

• Sustancias amorfas, también llamadas mineraloides, que nunca han sido cristalinas. Sus moléculas están desordenadas, distribuidas al azar –como si fuera un líquido muy viscoso–, y sus propiedades físicas son idénticas en todas las direcciones (isotropía). Un ejemplo familiar es el ópalo. Las técnicas actuales han permitido identificar fases amorfas con mayor efectividad que en el pasado; si, tras aplicar métodos espectroscópicos, análisis químicos y tratamientos físicos (por ejemplo, calentando la sustancia) no se detecta ninguna estructura cristalina, podemos confirmar inequívocamente que la sustancia es amorfa.

• Sustancias metamícticas, que fueron cristalinas en su tiempo pero han perdido esta característica; en este caso, si se han formado por procesos geológicos y son aceptadas como minerales, siempre y cuando pueda establecerse con razonable certeza que la sustancia original (antes de la metamictización) fue un mineral cristalino de la misma composición. Una evidencia a favor de este hecho es que se restaure la cristalización por tratamientos térmicos apropiados. La fergusonita es un mineral que frecuentemente está en forma metamíctica.

Izquierda: ópalo. Centro: fergusonita. Derecha: cristales de cuarzo lechoso.

El término cristal (del griego krystallos, "hielo") fue utilizado por primera vez por los clásicos griegos para designar al cuarzo. Posteriormente se ha delimitado su acepción y, en la actualidad, designa a las sustancias minerales de forma poliédrica. (Es necesario aclarar, no obstante, que la formación de cristales no es exclusiva de los minerales: se puede producir también en algunos compuestos orgánicos, como ácidos nucleicos y proteínas).

Los átomos, iones o moléculas de los cristales, cuando éstos están bien formados y son homogéneos, se disponen en formas geométricas definidas, como consecuencia de su distribución ordenada en las tres dimensiones del espacio.

La técnica de difracción de rayos X

En 1912 el físico alemán Max Theodore Felix von Laüe (1879-1960) descubrió un método que permitía probar si realmente los cristales poseían una distribución ordenada tridimensional.

El método Laüe consiste en hacer pasar un haz de rayos X a través de un cristal para recogerlo luego en una placa fotográfica –los componentes del cristal debían interferir la trayectoria de los rayos X de forma regular–. Al revelar la placa, aparece una mancha central proveniente de los impactos de los rayos no desviados y multitud de puntos distribuidos geométricamente, correspondientes a la estructura cristalina. La ilustración que se observa en la placa fotográfica presenta una simetría que representa la del cristal.

Posteriormente, este método se ha perfeccionado y han surgido otros (el método del cristal rotatorio, el del cristal oscilante, el difractómetro de rayos X) que han permitido averiguar la estructura de muchos minerales.

Izquierda, esquema simplificado del método Laüe. Derecha, patrón de difracción de un cristal de sulfato de cobre, obtenido en 1912 por Laüe, Friedrich y Knipping.