INTRODUCCIN A LA MINERALOGA
2 Caracterizacin de las Sustancias Minerales
2.4.1 Composicin Qumica
El estudio de lacomposicin y la estructura de los
mineralesconstituye la base de su conocimiento, ya que ello
condiciona la restantes caractersticas.
Tradicionalmente, el estudio qumicode los minerales ha seguido
dos vas:
A.- ANLISIS QUMICO
Permite conocer los elementos y entidades que forman parte de la
sustancia mineral. Elanlisis qumicopresenta dos etapas. En primer
lugar se realiza elANLISIS CUALITATIVOque sirve para determinar
cuales son los elementos y entidades presentes en la muestra.
Posteriormente conviene realizar elANLISIS CUANTITATIVOpara
determinar el contenido exacto de cada elemento o entidad. El
resultado de este estudio permite obtener lafrmula qumicade la
sustancia que forma el mineral. Es importante sealar que los
caracteres analticos no corresponden al conjunto de las entidades
que forman la sustancia, sino a cada una de ellas por separado. Por
ejemplo, el anin cloruro presenta las mismas caractersticas
analticas independientemente de la sustancia en que se encuentre
(salvo interferencias), pero los distintos minerales que contienen
cloruros no deben presentar ms caracteres analticos comunes.
B.- ESTUDIO ESTRUCTURAL
Permite conocer la disposicin espacial de los elementos y
entidades que forman el mineral. Al contrario que en el apartado
anterior, los caracteres estructurales estn asociados al conjunto
completo de entidades que forman la sustancia. Por ejemplo, dos
cloruros metlicos distintos no tienen por qu presentar ninguna
similitud estructural.
Aunque estas vas parecen independientes, la realidad es que los
datos obtenidos en ambos casos son complementarios y slo juntos
pueden suministrar una idea de la verdadera naturaleza del mineral
y, en general, de cualquier sustancia qumica.
Finalmente, para concluir este apartado, hay que decir que, en
todo momento, se deben saber relacionar lascaractersticas fsicasde
los minerales con sunaturaleza qumica, ya que si bien las primeras
dependen de esta, a su vez pueden llegar a convertirse en un medio
para su estudio y conocimiento.
INTRODUCCIN A LA MINERALOGA
2 Caracterizacin de las Sustancias Minerales
2.4.1.1 Anlisis Qumico Cualitativo
ElAnlisis Qumico CualitativooAnlisis Cualitativopermite conocer
los elementos o las entidades inicas presentes en una sustancia.
Esta etapa del anlisis es necesaria para realizar la determinacin
cuantitativa correcta.
Para realizar unAnlisis Qumicode cualquier sustancia slida, es
conveniente conocer algunas de lascaractersticas fsicasque nos
pueden orientar sobre su naturaleza. Esto puede abreviar
considerablemente una serie de ensayos en el laboratorio.
Dependiendo de la naturaleza de la muestra y de los datos que se
tienen sobre ella, hay variasformas de realizar un Anlisis
Cualitativo:
A.- Cuando "se sospecha" la composicin, se puede recurrir
directamente a losensayos especficospara las probables entidades.
Hay que tener en cuenta que si dos o ms entidades pueden tener
comportamientos qumicos parecidos ante un determinado ensayo (se
interfieren), hay que separarlos antes del anlisis propiamente
dicho.
B.- Cuando se tienen grandes dudas sobre la composicin o se
ignora totalmente, hay dos posibilidades:
B.1.- Realizar una serie deensayos de tipo general, tanto porva
seca, como porva hmeday deducir, a partir de ellos, los elementos
probables. Posteriormente se van realizando los ensayos especficos
de tales elementos.
B.2.- Realizarmarchas analticas(va hmeda) que permitan separar
en grupos todas las posibles entidades y comprobar, en cada uno de
esos grupos, la presencia o no de las entidades correspondientes.
Existenmarchas analticaspara cationes (la de lossulfurosy la de
loscarbonatos) y tambin para aniones. La realizacin demarchas
analticasrequiere ms trabajo y mejores medios que la opcin
anterior. Una de las ventajas de lasmarchas analticases que se
evitan las interferencias, pero deben ser realizadas con gran
cuidado para que cada entidad aparezca en el grupo que le
corresponde y no se pierda en otros, de tal manera que nunca se
llegara detectar.
EnMineralogano es frecuente tener que recurrir amarchas
analticas. El esquema de trabajo ms generalizado es el que se
detalla a continuacin.
INTRODUCCIN A LA MINERALOGA
2 Caracterizacin de las Sustancias Minerales2.4.1.1.1 Ensayos Va
Seca
Se incluyen en este apartado una serie de ensayos que se
realizan por la accin ms o menos directa del fuego (ensayos
piragnsticos). Es importante sealar que estos ensayos son
orientativos, ya que no todos los minerales responden
necesariamente a todos ellos. Losensayos ms usadosson los
siguientes:
ENSAYOS A LA LLAMA
Las sales de ciertos cationes (alcalinos, alcalino-trreos,
metales de transicin) y de ciertos aniones (halogenuros, etc.) dan
coloraciones caractersticas cuando se colocan a la llama de un
mechero de gas. Otras sales dan luminiscencia a la llama.
Losnitratosy los cloratos deflagran (avivan la llama al
desprenderse oxgeno). Lossulfurosy loshalogenurosdecrepitan
(estallan en pequeos trozos emitiendo sonidos). Otros minerales
llegan a fundirse.
El uso de la llama para observar el color emitido por algunos
elementos es, en ciertos casos, muy orientativo. El mtodo consiste
en mezclar el mineral pulverizado con unas gotas de cido clorhdrico
y formar una pasta que se toma con un alambre de platino (o de
nicrom, aleacin de niquel y cromo) y se coloca a la llama oxidante
de un mechero de gas. Si se observa algn color caracterstico, puede
indicar la presencia de determinados elementos. Hay que decir que
este ensayo, al igual que otros de la va seca es slo orientativo y
muchos elementos no dan nunca colores caractersticos y otros
necesitan mucha concentracin para ser observados.
ENSAYOS EN TUBO CERRADO
Se realizan colocando el mineral en el fondo de un tubo de
vidrio que se somete a un intenso calentamiento. Como consecuencia
pueden observarse cambios de color, fusiones, decrepitaciones,
desprendimiento de agua (que condensa luego en las paredes ms fras
del tubo) o desprendimiento de otros gases con olores y colores
caractersticos. Son muy interesantes los sublimados que pueden
aparecer en las paredes del tubo y que se relacionan con elementos
tales como azufre, arsnico, antimonio o mercurio.
Una vez terminado el calentamiento, es conveniente comprobar si
el residuo que permanece en el fondo del tubo es magntico, sobre
todo si sospechamos la presencia de elementos tales como hierro,
cobalto, nquel o titanio.
Tambin puede realizarse el mismo ensayo mezclando previamente el
mineral con algn fundente, como el bisulfato potsico (previamente
seco) que ayuda a descomponerse a ciertos sulfuros.
ENSAYOS EN TUBO ABIERTO
Se emplea un tubo acodado y abierto por ambos lados,figura. Se
coloca el mineral pulverizado en el mismo codo y se calienta
dejando una rama casi horizontal, mientras que la otra permanece
inclinada, a modo de chimenea. Con ello se favorece el paso de aire
por el mineral caliente (al contrario de lo que ocurre en el tubo
cerrado). Las reacciones que tienen lugar son, en muchos casos,
similares a las que se dan en tubo cerrado, pero en otros casos, el
aporte de oxgeno da lugar a procesos de oxidacin que conducen a
diferentes resultados. Por ejemplo, un mineral ferroso pasa a
magnetita en tubo cerrado, mientras que en tubo abierto pasa a
hematite. Es conveniente observar tambin el proceso de
enfriamiento, ya que puede haber reacciones reversibles.
ENSAYOS A LA PERLA
Los ensayos a la perla se suelen realizar mezclando el mineral
pulverizado, bien con brax o bien con otras sales. El fundamento de
estos ensayos se encuentra en la formacin, por medio del calor, de
sales ms o menos complejas, en las que se integran los cationes de
los minerales, dando lugar a coloraciones caractersticas. Al igual
que los dems ensayos de va seca no todos los elementos dan
coloraciones.
El ensayo a la perla se puede realizar con hilos (idealmente de
platino) o sobre soportes de escayola. El tipo de llama empleado
influye, ya que se verifican procesos de oxidacin-reduccin. La
llama del mechero ha de ser siempre reductora, pero segn se use el
soplete se obtendr un dardo oxidante o reductor y los colores de
las perlas pueden ser diferentes en cada caso. Tambin puede ocurrir
que los colores de las perlas, una vez formadas, evolucionen a
medida que se van enfriando y por ello conviene observarlas en
caliente y en fro.
ENSAYOS SOBRE CARBN
Se trata de uno de los ensayos ms clsicos de la Mineraloga y
requiere una especial destreza por parte del operador. Se considera
que este ensayo es orientativo sobre la presencia de determinados
elementos, en su mayora metales de transicin y semimetales tales
como arsnico, antimonio, bismuto, selenio y teluro. Sin embargo,
otros elementos no presentan comportamiento caracterstico.
El ensayo puede realizarse calentando el mineral slo sobre el
carbn o mezclado con ciertos reactivos, como yoduro potsico,
cromato potsico, carbonato sdico, azufre, etc. Es importante
observar el residuo obtenido como consecuencia de la reduccin
efectuada por el carbn y tambin el aspecto de la aureola que rodea
al residuo.
Modernamente se realiza este ensayo usando un soporte de
escayola y mezclando el mineral con carbn.
2 Caracterizacin de las Sustancias Minerales2.4.1.1.2 Ensayos Va
Hmeda
Son los ensayos realizados sobre las disoluciones procedentes
del tratamiento del mineral con disolventes, ya sean cidos o
bsicos. En ocasiones, es necesario realizar una disgregacin en
crisoles con la ayuda de fundentes.
En las disoluciones del mineral, junto a sus componentes en
forma inica, aparecen los correspondientes a las sustancias que han
intervenido en el proceso de solubilizacin. Esto hay que tenerlo en
cuenta a la hora de realizar los anlisis.
Para encontrar los iones presentes en la disolucin, hay dos
opciones:
A.- RealizarMarchas Analticas. Esta opcin se adopta en muy
contadas ocasiones.
B.- Realizar una serie deEnsayos Generales, tanto para cationes,
como para aniones, consistentes en hacer reaccionar pequeas
porciones de la disolucin con los reactivos siguientes:
El uso de cada uno de estos reactivos debe estar condicionado
por el tipo de disolvente que se haya usado para tratar al mineral.
Por ejemplo, si el mineral se ha disuelto en cido clorhdrico (ClH),
no se debe aadir nitrato de plata, pues aparece un precipitado
blanco de cloruro de plata (ClAg) causado por los cloruros del
citado cido. Por supuesto, tampoco debe aadirse el propio cido
clorhdrico como reactivo general:
cido clorhdrico (diluido)
cido sulfrico (diluido)
Hidrxido sdico o potsico
Hidrxido amnico (solucin acuosa de amoniaco)
Carbonato sdico
Carbonato amnico
Ferrocianuro potsico
Cloruro de bario
Nitrato de plata
Sulfuro de sodio o cido sulfhdrico
Cianuro potsico(slo en medios no cidos)
Perxido de hidrgeno
Yoduro potsico
Despus del uso de los reactivos generales quedarn descartados un
buen nmero de iones y unos slo unos pocos sern probables. Para
terminar de concretar se recurre a los reactivos especficos de cada
una de las entidades.
Una vez encontrada la composicin qumica cualitativa, puede
determinarse la mineraloga de la muestra objeto de estudio mediante
sus propiedades fsicas. Sin embargo, ello no es siempre posible y
hay que llegar a conocer la composicin cuantitativa para conocer la
frmula. Pero incluso, conociendo la composicin qumica o la frmula,
no siempre se identifica la especie por completo (esto ocurre
fundamentalmente en lossilicatos) y hay que determinar la
estructura.
2 Caracterizacin de las Sustancias Minerales2.4.1.2 Anlisis
Qumico Cuantitativo
Como se acaba de decir, el conocimiento de lacomposicin qumica
cualitativapuede no ser suficiente para reconocer el mineral y se
debe profundizar ms en el estudio. ElAnlisis Cuantitativode una
sustancia permite obtener su frmula qumica.
Para realizar elAnlisis Cuantitativode sustancias minerales, o
inorgnicas en general, deben tenerse en cuenta una serie de
consideraciones:
1.- Es importante realizar unabuena toma de muestra. Para
realizar unAnlisis Cualitativobasta con tomar una porcin del
material a estudiar para detectar los elementos o entidades que
contiene. Cuando se va a realizar un estudio cuantitativo, la
muestra ha de ser representativa y su composicin debe ser muy
prxima a cualquiera de las diversas porciones que se podran formar.
Para ello, siempre que se pueda, debe homogeneizarse el material
del que se va a tomar la muestra y proceder a sucesivos cuarteos,
previa molienda si fuese necesario.
Si la cantidad de muestra es muy pequea y se puede emplear
ntegramente para el anlisis, no son necesarias las consideraciones
anteriores.
2.- Hay quefijar un nivel de deteccin o contenido mnimoque se
quiere cuantificar, pues ello va a condicionar el mtodo (o los
mtodos) a emplear. Si la diferencia de contenidos entre todos los
elementos a determinar es muy grande, probablemente haya que
recurrir a ms de un mtodo o a realizar varias preparaciones.
Hay que tener en cuenta que los mtodos clsicos suelen tener
lmites de deteccin ms altos que los llamados instrumentales, pero
el uso de estos ltimos suele ser ms caro y a veces,
innecesario.
Por otro lado, no siempre se puede escoger el mtodo a emplear,
ms bien ser necesario ceirse a los medios disponibles en cada
momento.
3.- Lapreparacin de la muestrapara el anlisis es una etapa
decisiva para la obtencin de un resultado adecuado. La pesada debe
realizarse con sumo cuidado ya que es imprescindible para los
clculos posteriores al anlisis. Si la muestra tuviera humedad, debe
secarse antes de la pesada. Es conveniente condicionar el peso de
la muestra al tipo de mtodo que se va a emplear y al contenido
previsible de las entidades objeto de anlisis.
Hoy en da hay una gran cantidad deMtodos Analticospara aplicar
al amplio catlogo de sustancias y combinaciones que se pueden
encontrar. Para simplificar, se expone la siguiente
clasificacin:
A. Mtodos Clsicos
A-1. Mtodos Gravimtricos
A-2. Mtodos Volumtricos
B. Mtodos Instrumentales o Fsico-Qumicos
B-1. Mtodos pticos
B-2. Mtodos Elctricos
B-3. Mtodos Trmicos
B-4. Mtodos Mecnicos
B-5. Otros Mtodos
La denominacin deMtodos Instrumentalesno es muy adecuada, aunque
se conserva por motivos histricos. Algo ms adecuada sera la segunda
denominacin.
Dado que enAnlisis Mineralno se usan todos los mtodos analticos,
slo se comentarn los ms aplicados en este campo.
INTRODUCCIN A LA MINERALOGA
2 Caracterizacin de las Sustancias Minerales
2.4.1.2.1 Anlisis Gravimtrico. Mtodos Gravimtricos
Se realiza la determinacin hallando el peso de la sustancia que
se desea analizar, bien en estado puro, o bien formando algn
compuesto con determinadas caractersticas estequiomtricas y con una
cierta estabilidad.
Las etapas a seguir en unanlisis gravimtricoson:
1. Pesar la muestra (previa realizacin de una adecuada toma de
muestra y secado si fuera necesario).
2. Disolver o disgregar. No se deben emplear como disolventes o
fundentes sustancias que contengan elementos que se quieren
determinar.
3. Provocar la formacin de una sustancia slida poco soluble que
contenga el elemento a determinar.
4. Aislar el slido, lavndole y secndole.
5. Realizar la pesada.
6. Realizar los clculos. El contenido en elementos se suele dar
en forma de xidos.
Estas etapas pueden variar en algunos casos.
Dependiendo del mtodo empleado para obtener la fase slida, hay
variosmtodos gravimtricos:
A.- Precipitaciones.
Son los mtodos ms importantes y los ms clsicos de este apartado.
Mediante una reaccin qumica se forma un precipitado con una frmula
qumica definida, que ya sea por s misma o mediante alguna
transformacin (calcinacin,...), pueda ser objeto de pesada. Como
ejemplo se puede mencionar la determinacin de sulfatos con sales de
bario.
B.- Electrodeposicin.
Puede ser considerado tambin como un mtodo Instrumental
Elctrico. Se forma una fase slida por la accin de la corriente
elctrica que provoca, mediante procesos de oxidacin-reduccin, la
deposicin de ciertas sales o metales en el nodo o en el ctodo del
sistema. De esta forma se determinan algunos metales, pero no se
trata de un mtodo de aplicacin general.
C.- Mtodos de extraccin.
Se usa un disolvente que, de forma selectiva, ataca a todos los
componentes de la muestra a excepcin de aquel que se desea pesar.
Se emplea para el anlisis de aleaciones que contienen oro u otros
metales nobles.
Tambin se puede disolver selectivamente el metal que se desea
analizar y a continuacin separarle del solvente mediante una
evaporacin.
D.- Mtodos de volatilizacin, desprendimiento gaseoso y de
absorcin.
Se usan para determinar un componente capaz de formar una
sustancia voltil en una determinada reaccin. La sustancia voltil
puede quedar retenida en un absorbente y quedar determinada por
pesada. Por ejemplo, se determinan carbonatos mediante un ataque
con cidos y absorbiendo el anhdrido carbnico, previa eliminacin de
humedad con un desecante.
Tambin puede pesarse el residuo que queda despus de una
volatilizacin. As se determina el agua de hidratacin de numerosas
sustancias.
Es importante que no se pueda formar ms de un compuesto voltil a
la vez.
2 Caracterizacin de las Sustancias Minerales2.4.1.2.2 Anlisis
Volumtrico. Mtodos Volumtricos
Se basan en la medida del volumen de un reactivo empleado para
llevar a cabo una reaccin. Esta operacin se denomina valoracin. En
general, los mtodos volumtricos son ms rpidos y tan fiables como
los gravimtricos.
Las etapas a seguir en un anlisis volumtrico son:
1.- Pesada de la muestra.
2.- Disolucin o disgregacin de la muestra. Enrasar a volumen
conocido
3.- Valoracin mediante la reaccin adecuada y determinacin del
punto final.
4.- Realizacin de los clculos.
Dependiendo de la reaccin que se lleve a cabo, hay varios tipos
de mtodos volumtricos:
A.- Neutralizaciones o reacciones Acido-Base.
Se basan en la realizacin de reacciones de neutralizacin o de
cido-base, tambin llamadas protlisis:
H++ OH-H20
Hay que tener en cuenta que estas reacciones se suelen llevar a
cabo en medios acuosos.
Se trata de hacer reaccionar una sustancia con un cido o con una
base, de tal manera que el resultado lleve a la formacin de agua.
Este proceso puede ser ms o menos evidente y pueden estar
implicadas especies muy variadas, siempre que sean capaces de
reaccionar con las especies de disociacin del agua: H+o OH-
El punto final de estas reacciones se puede detectar mediante
cambios de color o virajes que experimentan una serie de sustancias
indicadoras, sensibles a las variaciones de pH.
B.- Reacciones de oxidacin-reduccin.
Se hace reaccionar una sustancia oxidante con otra reductora, o
viceversa, siendo el fundamento de estos procesos la transferencia
electrnica entre sustancias reductoras y oxidantes.
Se pueden usar estos procesos cuando un elemento pueda presentar
ms de un estado de oxidacin con cierta estabilidad y el paso de uno
a otro se puede realizar mediante reacciones sencillas. Algunos
sistemas susceptibles de valorarse de esta forma son los
siguientes:
Fe(II)/Fe(III), Cr(III)/Cr(VI), Mn(II)/Mn(IV)/Mn(VII), Ag/Ag(I),
etc.
C.- Volumetras de precipitacin.
Se trata de hacer aparecer un precipitado o fase slida de baja
solubilidad. Realmente estos procesos no se usan mucho en el
anlisis de sustancias minerales, si exceptuamos algunos halogenuros
que precipitan con la plata. Normalmente son procesos lentos y
suelen necesitar un indicador para detectar el punto final.
D.-Volumetras de formacin de complejos; (complexometras).
Se trata de procesos relativamente modernos, dado que no
resultaba fcil formar complejos ordinarios con la suficiente
estabilidad y son frecuentes los equilibrios relacionados con otras
especies complejas secundarias. A todo ello hay que aadir las
dificultades para encontrar indicadores adecuados.
Pero estos mtodos experimentaron un auge desde 1946, cuando G.
Schwarzenbach, public un trabajo sobrecomplejos organometlicos.
Concretamente utiliz el cido Etilen Diamino Tetraactico (AEDT) y
sus derivados, fundamentalmente su sal disdica, para el anlisis de
calcio y magnesio.
Desde 1948, se fue generalizando el uso del AEDT, as como
numerosas sustancias relacionadas (complexonas) para la
determinacin de muchos cationes metlicos que forman parte de los
minerales. Hoy en da, existen innumerables mtodos analticos basados
en complexometras y que abarcan un amplio rango de posibilidades,
incluidas las eliminaciones de las interferencias.
Estos procesos requieren el uso de indicadores, siendo los ms
utilizados: Negro de Eriocromo T, Naranja de Xilenol, Murxida,
Calcn (cido Calcncarboxlico), etc.
Existen mtodos para la valoracin simultnea de dos o ms
elementos.
En todas las volumetras es necesario normalizar las disoluciones
empleadas con el uso de patrones o sustancias que pueden formar
soluciones estables con suficiente pureza.
Tambin, como ya se ha comentado, es interesante considerar la
importancia de los indicadores, que son sustancias qumicas,
generalmente de naturaleza orgnica, que no intervienen de forma
decisiva en el proceso, pero que, como consecuencia del mismo,
experimentan cambios qumicos que se reflejan en cambios de
color.
2 Caracterizacin de las Sustancias Minerales2.4.1.2.3 Mtodos
pticos
LosMtodos pticosse basan en el estudio de la interaccin entre
una energa radiante y una muestra. Como resultado de esta
interaccin puede darse unaabsorcin, unaemisino unamodificacinde tal
energa. Entre losMtodos pticos, losMtodos Espectralesconstituyen el
ncleo bsico.
LosMtodos Espectraleshan sido empleados por los qumico-fsicos
para realizar estudios estructurales. Sin embargo, la aplicacin de
algunas tcnicas espectroscpicas para Anlisis Qumicos, tanto
cualitativos, como cuantitativos, se viene realizando desde hace
mucho tiempo.
LosMtodos Espectroscpicos de Absorcinse basan en medir la energa
absorbida por la muestra cuando incide sobre ella una radiacin.
En losMtodos Espectroscpicos de Emisinse excita la muestra, por
ejemplo, sometindola a temperaturas muy altas y se estudia la
radiacin emitida.
En las siguientes secciones se comentan algunas ideas sobre los
principales mtodos usados en Anlisis Mineral.
2 Caracterizacin de las Sustancias Minerales2.4.1.2.3.1 Mtodos
Espectroscpicos de Absorcin
Para la determinacin cuantitativa de sustancias inorgnicas se
han puesto a punto numerosos mtodos basados en ladeterminacin
calorimtricao en la interaccin de la muestra con luz visible.
Existe una relacin directa entre la concentracin de una especie y
la cantidad de energa (correspondiente a una determinada zona del
espectro) que absorbe. Esta relacin fue estudiada por
Lambert-Bouger en 1730 y por Beer en 1852.
Laaparicin de coloren una sustancia cuando incide sobre ella luz
visible est causada por transiciones entre niveles electrnicos,
como suele ocurrir en elementos metlicos, tanto de transicin, como
de transicin interna. Elcolor observadoen una sustancia resulta de
la sustraccin de la energa absorbida a la radiacin incidente, de
tal manera que, si la radiacin incidente es blanca y la muestra
tiene el mximo de absorcin en la zona 450-480 nm (correspondiente
al azul), el color observado ser el amarillo.
La determinacin de laintensidad de colorsuele hacerse en una
determinada longitud de onda, pero tambin puede hacerse un barrido
completo con radiacin visible, desde el violeta (400 nm) al rojo
(750 nm), con lo cual se obtiene el espectro completo de absorcin
en la zona del visible. Este espectro puede ser til, tanto en
trminos cuantitativos, como en trminos cualitativos.
Tambin pueden utilizarse otras zonas del Espectro
Electromagntico para determinaciones analticas, como la
Ultravioleta (UV) o la Infrarroja (IR).
Cuando incide sobre una muestra radiacin Ultravioleta (200-380
nm), se provocan transiciones entre niveles electrnicos, al igual
que ocurre con la radiacin Visible, pero estas transiciones son ms
caractersticas de sustancias orgnicas y, por ello, no se emplea
mucho esta zona del espectro para el estudio de sustancias
minerales. Recientemente se ha empleado la radiacin UV para
determinaciones de sustancias organometlicasin6, como por ejemplo
algunos complejos Metal-AEDT.
Por lo que respecta a laEspectroscopa IR, se ha venido
utilizando casi exclusivamente en Qumica Orgnica, existiendo una
amplia bibliografa sobre caracterizacin de sustancias orgnicas
mediante esta tcnica. A finales de los aos 50 se inici el estudio
de algunos aniones inorgnicos por medio de esta tcnica. Durante los
aos 60 se us laEspectroscopa IRpara identificar aniones inorgnicos
poliatmicos y para diferenciar los distintos tipos de agua
presentes en sustancias inorgnicas. Posteriormente, hacia 1970, se
empezaron a caracterizar sustancias minerales medianteEspectroscopa
IR. A pesar de todo, no se puede decir que laEspectroscopa IRsea
una buena tcnica cuantitativa. Sin embargo, puede ser un mtodo
adecuado para la determinacin cualitativa de sustancias inorgnicas,
al igual que lo viene siendo para las sustancias orgnicas.
2 Caracterizacin de las Sustancias Minerales2.4.1.2.3.2 Mtodos
Espectroscpticos de Emisin
Al igual que losMtodos Espectroscpicos de Absorcinse pueden
utilizar de forma cualitativa y cuantitativa. El uso principal de
estas tcnicas se centra en la determinacin elemental. Se puede
trabajar sobre muestras muy pequeas, ya que pueden realizarse
determinaciones puntuales, lo cual hace necesaria una buena
homogeneizacin. El campo de aplicacin de estas tcnicas es variado y
se incluyen minerales, aleaciones, cermicas, materiales
arqueolgicos y productos industriales diversos. Dependiendo de cada
tcnica se puede trabajar con muestras slidas o puestas en
disolucin.
El fundamento de estos mtodos est en laexcitacin de los
electronesde los tomos que componen la muestra desde su estado
fundamental a niveles de energa ms elevados (niveles excitados),
pudiendo llegar a separarles del tomo (ionizacin). Los electrones
excitados tienen tendencia a volver al estado fundamental,
emitiendo para ello la diferencia de energa en longitudes de onda
definidas y caractersticas para cada tomo. En realidad, en
principio, lo que se observa es una radiacin compuesta por varias
longitudes de onda (espectro de emisin) y que es la suma de los
espectros de emisin de todos los elementos presentes en la muestra.
La concentracin de cada elemento es proporcional a la intensidad de
sus lneas contenidas en el espectro de emisin. Por ello ser
necesaria la separacin de las lneas espectrales mediante diversos
dispositivos pticos.
Hay varias formas de excitar la muestra (llama, arco elctrico,
chispa, lmparas, plasma, etc.). En funcin de cmo se realice la
excitacin, la tcnica y las aplicaciones pueden ser distintas. Si se
emplea una llama de mechero de gas, slo se excitan los elementos
alcalinos, los alcalino-trreos y pocos ms. En este caso la tcnica
es meramente cualitativa y ya ha sido tratada con anterioridad.
Pero si se emplean llamas ms calorficas, como acetileno/aire o
acetileno/oxgeno, se pueden excitar ms de 50 elementos, como ocurre
en lafotometra de llama. En este caso la muestra se encuentra en
disolucin.
Cuando las muestras se encuentran en estado slido, la excitacin
puede llevarse a cabo con un arco elctrico provocado entre dos
electrodos metlicos o de grafito conectados a corriente continua.
La muestra en polvo se coloca en un hueco, en el polo positivo,
aunque tambin pueden colocarse muestras lquidas que son
evaporadas.
Tambin para materiales slidos se emplea laexcitacin por chispa,
provocada al colocar la muestra al alcance de corriente de hasta
50.000 V. Estos sistemas son muy usados en la industria
metalrgica.
En la determinacin elemental de sustancias inorgnicas se emplean
numerosas tcnicas, pero a continuacin se van a describir las ms
tiles en el caso de sustancias minerales.
2.4.1.2.3.2.1 Fotometra de Llama (FE)
Tambin llamada FOTOMETRA DE EMISIN DE LLAMA. La excitacin se
produce mediante una llama con una temperatura comprendida entre
1700 y 3200C, como las de acetileno/aire o acetileno/oxgeno.
Los fotmetros de llama no son aparatos muy complejos y permiten
la determinacin de elementos alcalinos, alcalino-trreos, tierras
raras, Cr, Mn, etc. En la actualidad los aparatos de Absorcin
Atmica pueden ser utilizados como Fotmetros de Llama, para ello
basta con no utilizar las lmparas.
Se trata de una tcnica muy utilizada para el anlisis rutinario
de suelos, aguas, productos metalrgicos, cementos, vidrios,
materiales biolgicos, etc. Los elementos que ms se determinan son:
alcalinos, alcalino-trreos, hierro y aluminio.
Una de las ventajas de la Fotometra de Llama y de las dems
tcnicas que utilizan la llama como fuente de excitacin, es que la
energa suministrada no es muy elevada y no se alcanzan niveles
excitados muy altos y muy numerosos, con lo cual el nmero de lneas
de emisin del tomo cuando vuelve a su estado fundamental no es muy
numeroso y los espectros no son muy complicados correspondiendo, en
muchos casos, a la zona del visible.
2.4.1.2.3.2.2 Espectroscopia de Absorcin Atmica (AA)
Tambin llamada FOTOMETRA DE LLAMA DE ABSORCIN. Su uso data de
1956 (A. Walst, J.P. Schelton, C.T.J. Alkemade,...). Al igual que
la Fotometra de Emisin de Llama, la disolucin de la muestra se
pulveriza finamente y se la coloca en una llama, con lo cual se
disocia en sus tomos constituyentes y se mantienen en su estado
fundamental (en su mayor parte), figura 2.44if2_44.
Mediante una lmpara cuyo ctodo est construido con el elemento
que se quiere determinar, se produce una radiacin capaz de excitar
nicamente los tomos del citado elemento. Esta radiacin se enva a la
muestra que absorbe la cantidad necesaria de tal energa para que
los tomos a determinar pasen del estado fundamental al estado
excitado. La cantidad de energa absorbida es proporcional al nmero
de tomos que se han excitado.
Las lmparas utilizadas en la actualidad se denominan de ctodo
hueco. Como se ha dicho, su ctodo est construido del elemento que
se quiere determinar, mientras que su nodo es de wolframio. El
conjunto del ctodo y del nodo va introducido en una ampolla de
vidrio llena con un gas noble. En ella, el gas se ioniza y por
colisin con el metal se produce la liberacin de tomos del ctodo,
emitiendo un espectro completo del elemento. Esta emisin sale por
una ventana de cuarzo y se pasa por un monocromador cuya misin es
seleccionar la lnea ms adecuada para provocar la absorcin del
elemento y pasarle desde el estado fundamental a un estado
excitado. Esta lnea debe suministrarnos la mejor sensibilidad y las
menores interferencias. Es importante la existencia de un doble haz
en la radiacin emitida por la lmpara pues la energa absorbida por
la muestra se calcula mediante la diferencia entre el haz que pasa
por ella y el haz que no pasa.
2.4.1.2.3.2.3 Fluorescencia Atmica (FA) o (EFA)
Es una tcnica reciente que compite con la Espectrometra de
Absorcin Atmicai2412322. Cuando se excitan los electrones mediante
una radiacin con determinada longitud de onda, tienen tendencia a
volver a su estado fundamental, por lo cual emiten una energa con
la misma longitud de onda. Sin embargo, la vuelta al nivel
fundamental puede hacerse mediante etapas o pasos por otros niveles
con energa intermedia. Cada uno de tales saltos corresponde a una
longitud de onda mayor que la del "salto directo". Estas emisiones,
de menor intensidad que la correspondiente al salto directo al
nivel fundamental, se denominan fluorescencia y son la base para la
determinacin de algunos elementos.
Las fuentes de emisin para Fluorescencia Atmica han de ser muy
potentes, no siendo tiles, por lo general, las lmparas usadas en
Espectrofotometra de Absorcin Atmica. Se han de utilizar los tubos
de descarga (sin electrodos) consistentes en un tubo de cuarzo
cerrado hermticamente que contiene una pequea cantidad de una sal
del elemento a determinar (ioduro,...) a baja presin de argn.
Mediante un campo de microondas de elevada frecuencia se provoca
una excitacin del vapor atmico en la lmpara. Cuanto ms intensa sea
la excitacin, ms sensible es la fluorescencia. Los espectros de
fluorescencia se observan mejor en direccin perpendicular a la de
incidencia.
Algunos de los inconvenientes de esta tcnica son el precio de
los generadores de microondas, el tiempo de precalentamiento (de 1
a 2 horas) y que no todos los elementos pueden determinarse al no
dar emisiones suficientemente intensas.
Como ventajas se pueden citar el buen precio y la larga duracin
de los tubos de descarga y la elevada sensibilidad que se puede
alcanzar en funcin de la intensidad de la fuente de emisin.
Las aplicaciones de la FA, estn relacionadas con el rango de
linealidad en funcin de la concentracin que es ms amplio que en la
Espectrofotometra de Absorcin Atmica. Se ha utilizado esta tcnica
para la determinacin de metales en diversas matrices orgnicas
(hidrocarburos, aceites, sangre, etc.).
2.4.1.2.3.2.4 Espectroscopia con Plasma DE ACOPLAMIENTO INDUCIDO
(ICP)
Los plasmas son gases en los que una fraccin superior al 1% se
encuentra ionizada y a una temperatura comprendida entre 4.000 y
10.000C. Esto da lugar a una fuente de emisin ms potente que
cualquier llama, pudiendo provocar disociaciones en las
combinaciones qumicas ms resistentes. Mediante este sistema pueden
determinarse elementos, tanto mayoritarios como a nivel de traza,
figura 2.45if2_45.
La atomizacin de la muestra es ms completa que cuando se realiza
con llamas, habindose comprobado una mejor disociacin y
disminuyendo las interferencias. Tambin, debido a las
caractersticas de esta fuente de emisin, la linealidad en funcin de
la concentracin del elemento a determinar se mantiene en rangos
mayores que en las tcnicas de llama.
2.4.1.2.3.2.5 Fluorescencia de Rayos X
Se hace incidir sobre la muestra un haz de rayos X, una parte de
su energa es absorbida, pero el resto (una mnima parte en relacin
con la absorbida) es dispersada hacia longitudes de onda menores
que se corresponden con los elementos presentes en la muestra. Se
trata de una tcnica dispersiva, figura 2.46if2_46.
La muestra se coloca en pastillas. Para la obtencin de buenos
resultados cuantitativos es necesario disponer de patrones en los
que el elemento a determinar ha de encontrarse en un entorno qumico
lo ms parecido posible a la muestra que se va analizar.
2.4.1.2.4 Mtodos Elctricos
Los Mtodos Elctricos de Anlisis se basan en el comportamiento de
una disolucin cuando forma parte de una celda electroqumica. Una
celda electroqumica es un sistema qumico capaz de intercambiar
corriente elctrica con el exterior. Las celdas que generan
corriente se denominan galvnicas, mientras que las celdas que
gastan energa se llaman electrolticas. En una celda electroqumica
se dan dos procesos, la reduccin, que tiene lugar en el ctodo y la
oxidacin, que tiene lugar en el nodo. Existe una relacin entre el
potencial de una celda electroltica y las concentraciones de las
especies implicadas en los procesos de oxidacin-reduccin, con lo
cual pueden establecerse medidas cuantitativas.
Hay varios tipos de Mtodos Elctricos de Anlisis:
1.- Mtodos que relacionan directamente la concentracin de una
especie con algn parmetro elctrico, como el potencial de electrodo
o la conductividad. El uso de electrodos indicadores o electrodos
selectivos se est haciendo muy generalizado en algunos campos de la
Qumica. El caso ms conocido es el pH-metro.
2.- Mtodos que detectan el punto final de una valoracin mediante
el cambio de algn parmetro elctrico, como el potencial de
electrodo. Estos mtodos pueden aplicarse a cualquier tipo de
valoracin, como por ejemplo, la valoracin de cloruros con sales de
plata para precipitar ClAg.
3.- Mtodos basados en la transformacin, por parte de la
corriente elctrica, de una entidad que se encuentra en disolucin,
en otra entidad con diferente estado de oxidacin. Si la entidad
formada es slida y se puede pesar, es un mtodo de electrodeposicin
y puede tambin ser considerado como un mtodo gravimtrico clsico.
Algunos de los elementos que pueden determinarse con estos mtodos
son: Cd, Co, Cu, Fe, Pb, Ni, Ag, Sn y Zn. Los mtodos columbimtricos
miden la corriente elctrica y el tiempo necesarios para la
realizacin de un determinado proceso redox. Generalmente se trabaja
con un potencial de electrodo constante, para asegurar la
selectividad del proceso. Para llevar a cabo estos procesos hay que
tener en cuenta, entre otras cosas, que un Faraday (96.491
Culombios), es la cantidad de electricidad necesaria para
transformar 1 equivalente. Con estos mtodos se pueden determinar el
uranio y el plutonio existentes enmenasradiactivas.
En general, los Mtodos Elctricos de Anlisis no son muy empleados
para la determinacin de minerales y sustancias relacionadas, aunque
s se usan para numerosas entidades inorgnicas.
2.4.1.2.5 Mtodos Trmicos
Estos mtodos se basan en la variacin de algunas caractersticas
con la temperatura.
Las tcnicas ms empleadas en Qumica Mineral son las basadas en el
Anlisis Trmico:
La Termogravimetra (TG) determina la variacin del peso con la
temperatura. Es interesante para la determinacin de los componentes
voltiles presentes en las sustancias (agua, carbonatos, etc.). Dado
que estos estudios se realizan en atmsfera cerrada, dependiendo del
tipo de gases presentes en la misma, pueden obtenerse resultados
diferentes, por ejemplo, si hay oxidaciones.
El Anlisis Trmico Diferencial (ATD), adems de determinar
variaciones de peso con la temperatura (que se manifiestan en
picos), tambin registra cambios de fase asociados a intercambios de
energa, como reorganizaciones estructurales.
2.4.1.2.6 Mtodos Mecnicos
Se basan en relacionar algunas propiedades mecnicas con la
composicin. Dentro de este grupo se incluyen las cromatografas, muy
importantes para la determinacin de sustancias orgnicas y
determinados tipos de iones. Las tcnicas de cromatografa, no son,
todava, muy usadas para la determinacin de sustancias
minerales.
2.4.1.2.7 Otros Mtodos
Dentro de este apartado deben incluirse tcnicas muy dispares,
como por ejemplo:
MEDIDA DE RADIACTIVIDAD: Se emplea en la Mineraloga de las
Tierra Raras, donde se incluyen numerosos minerales. La medida de
la Radiactividad suministra una idea de la cantidad total de
elementos radiactivos presentes en una muestra, pero no permite
discernir entre ellos.
ANLISIS ENZIMTICO: Estos mtodos se usan en Bioqumica para
estudios cinticos. Hacia 1930, se empezaron a usar las fosfatasas
para anlisis clnicos. El uso de estas tcnicas en Mineraloga es
nulo, por ahora.
REFRACTOMETRAS: Se basan en la medida del ndice de refraccin. En
Gemologa se usan refractmetros especiales que no son muy
complicados. Las muestras han de ser cristalinas o deben pulirse
bien.
Esta breve descripcin de los Mtodos Analticos usados en
Mineraloga no es ms que una introduccin que debe ser ampliada si se
quiere conseguir una adecuada especializacin. Para ello se
recomienda la lectura de textos de Qumica Analtica ms
especializados.
2.5 Estructura de la Materia Mineral
Como resultado del Anlisis Qumico se obtiene la Frmula Qumica de
las sustancias. Sin embargo, se tiene una informacin ms completa si
se conoce la estructura o disposicin de los tomos o de las molculas
en el espacio.
Las formas geomtricas de los cristales son un reflejo
macroscpico de su estructura interna o microscpica, es decir, de
una distribucin regular de los tomos y de las molculas en el
espacio. Sin embargo, al contrario de lo que se crea hace algn
tiempo, la simple observacin de las formas geomtricas exhibidas por
los cristales no permite intuir su estructura interna, pues el
aspecto externo o hbito est condicionado por factores externos. Por
ejemplo, la fluorita puede aparecer en cristales cbicos o en
cristales octadricos, pero la distribucin microscpica de los tomos
de calcio y flor es la misma en ambos casos.
2.5.1 Enlaces en los Cristales
La estructura interna de la materia se encuentra muy relacionada
con el tipo de tomos que la constituyen y con las interacciones o
enlaces existentes entre ellos. Estas interacciones estabilizan el
cristal y las hay de varios tipos. Las distribuciones peridicas que
forman los cristales pueden estar constituidas por tomos (o iones)
o por molculas, en cada caso el tratamiento ser distinto.
En el caso de distribuciones atmicas, se pueden considerar tres
tipos de enlaces o interacciones:
ENLACES INICOS
Se establecen entre tomos con gran diferencia de
electronegatividadin7 y su causa es la atraccin electrosttica entre
iones con carga de signo opuesto.
Algunas de las caractersticas de las sustancias con enlaces
inicos son:
1.- Altos puntos de fusin, relacionados con las cargas de los
iones.2.- Alta solubilidad en lquidos con elevada Constante
Dielctrica, como el agua.3.- Son aislantes elctricos en fase slida
y conductores si estn fundidos.4.-Suelen ser diamagnticosi232,
aunque hay excepciones si contienen metales de transicin.5.-Las
Propiedades pticas del cristal pueden deducirse de la suma de las
de cada uno de los iones que lo forman.6.- Presentan baja
conductividad calorficai234 y tambin baja expansin y
compresibilidad trmica.7.- Son durosi2317, frgilesi2316 y con buena
exfoliacini2315.8.- Pueden dar lugar a soluciones slidas.
ENLACES COVALENTES
Se establecen entre tomos que comparten una porcin de su
densidad electrnica, la cual mantiene unidos a los ncleos.
Algunas de las caractersticas de las sustancias con enlaces
covalentes son:
1.- Las densidades suelen ser bajas.2.- Son aislantesi233 o
semiconductoresin8 en fase slida y en fase fundida.3.- Las
propiedades pticas estn condicionadas por la existencia de
electrones deslocalizados.4.- Generalmente son diamagnticosi232.5.-
Son insolubles en lquidos polaresin9.6.- Raramente forman
soluciones slidas.
ENLACES METLICOS
Se establecen entre tomos con un elevado carcter electropositivo
que comparten una porcin de su densidad electrnica, encontrndose
sta deslocalizada en la estructura. Ello hace que las sustancias
metlicas posean una serie de propiedades muy caractersticas, tales
como las siguientes:
1.- Gran conductividad trmicai234 y elctrica en fase slida y en
fase fundida.2.- Son dctilesi2316, maleablesi2316 y, a veces,
elsticosi2316.3.- Brillo metlicoi2312, ms o menos intenso, que
puede ser atenuado en la superficie por alteraciones.4.- Densidad
elevada.5.- Suelen ser ferromagnticos o antiferromagnticosi232.6.-
Son opacos.7.- Grandes posibilidades en cuanto a las soluciones
slidas (aleaciones oro-plata, hierro-nquel).
La existencia de enlaces inicos, covalentes o metlicos puros, es
casi ficticia, ya que siempre hay un cierto carcter inico en un
enlace covalente y viceversa, aunque hay muchos casos concretos en
que se da una gran proximidad a la pureza. En principio, puede
decirse que a mayor diferencia de electronegatividad, mayor carcter
inico.
En muchas sustancias pueden encontrarse varios tipos de enlace.
Por ejemplo, en los sulfatos la unin S-O es fundamentalmente
covalente, mientras que los cationes se unen al anin mediante
interacciones esencialmente inicas. Se dice que estos compuestos
son anisodsmicos. Mientras que cuando todos los enlaces son
iguales, como en el diamante, se trata de sustancias
isodsmicas.
Las disposiciones moleculares peridicas se encuentran
estabilizadas por interacciones entre las molculas, son los
llamados enlaces moleculares, entre los que se encuentran los
enlaces de hidrgeno (de gran importancia en numerosas sustancias
orgnicas e inorgnicas), las fuerzas de dispersin (Van der Waals),
etc. Estas interacciones tienen una energa mucho menor que las
establecidas entre tomos o iones. Las propiedades de estas
sustancias son muy caractersticas y suelen ser menos estables.
La estabilidad de los cristales es funcin del tipo y de la
energa de los enlaces que le forman. Por ejemplo, la gran
estabilidad de los silicatos est basada en la elevada energa de
enlace que posee la unin Si-O. Cuanto mayor sea el nmero de enlaces
establecidos, mayor ser la estabilidad del compuesto. Los
tectosilicatos son ms estables que los nesosilicatos.
2.5.2 Los Slidos Cristalinos
Las distribuciones atmicas y moleculares constituyen las redes
cristalinas que, al ser peridicas en las tres dimensiones del
espacio, confieren a la materia el carcter cristalino.
Cuando las distribuciones atmicas o moleculares no son peridicas
o lo son a corto alcance, se dice que no estn cristalizadas o que
son amorfasi11, como por ejemplo, el palo.
En el caso de distribuciones moleculares es importante conocer
la disposicin de los tomos en la molcula y, adems, la distribucin
de las molculas en el espacio.
Al tratarse de distribuciones peridicas, se generan una serie de
simetrasi254 o relaciones entre puntos homlogos de la red que
permiten clasificar las estructuras de acuerdo con los elementos de
simetra que contienen. Cada uno de los conjuntos de simetras
existentes en la red se denomina Forma Cristalina, Clase de Simetra
o Grupo Puntual. El nmero de estos conjuntos es 32 y cada especie
mineral pertenece a uno de ellos. El espacio mnimo de la red que
contiene toda la informacin sobre su simetra se denomina Celda
Unidad. La presencia o ausencia de ciertos elementos de simetra en
una red puede condicionar algunas propiedades. Por ejemplo, una
sustancia que posea centro de simetra, no podr ser
piroelctricai233.
Cuando una sustancia puede pertenecer a ms de una forma
cristalina, se dice que es POLIMORFA y cada una de las polimorfas
constituye una especie mineral diferente. Las sustancias que
cristalizan en la misma forma cristalina, se dice que son
ISOMORFAS.
2.5.3 Caracterizacin Estructural de la Materia Mineral
Las tcnicas de elucidacin estructural se basan en estudiar el
comportamiento de una radiacin cuando interacciona con la materia.
Como consecuencia de tal interaccin las radiaciones son modificadas
en base a fenmenos diversos (difraccin, absorcin, dispersin, etc.).
De la interpretacin de dicha modificacin se puede deducir la
distribucin de los tomos y de las molculas en el espacio.
2.5.3.1 Difraccin de Rayos X
Los Rayos X fueron descubiertos por Wilhelm Konrad Roentgen
(1845-1923) en 1895, quien recibi el Premio Nobel de Fsica en 1901.
En realidad Roentgen aunque no lleg a conocer la naturaleza de los
Rayos X, si estudi sus propiedades:
En 1912 los Rayos X fueron utilizados por Max von Laue
(1879-1960) y Arnold Sommerfeld (1868-1951) para el estudio de las
sustancias cristalinas. Estos cientficos, junto con W. Friedrich y
P. Knipping (todos ellos profesores de la Universidad de Munich),
hicieron incidir un haz de Rayos X sobre varias sustancias
cristalinas (calcantita, esfalerita, etc.) y registraron la
radiacin resultante en una placa fotogrfica, observando una
distribucin geomtrica de puntos alrededor de una mancha central
(correspondiente al haz de Rayos X sin modificar). Estos puntos
presentan una geometra relacionada con la distribucin atmica
existente en cada plano reticular del cristal y a partir de ellas
puede conocerse la estructura cristalina.
Unos aos mas tarde los fsicos ingleses W.H. Bragg y W.L. Bragg
(hijo del anterior), que compartieron el Premio Nobel de Fsica en
1915, utilizaron la Difraccin de los Rayos X para deducir la
estructura de numerosos cristales, empezando por la halita y
siguiendo por otros ms complejos.
2.5.3.1.1 Propiedades
Se pueden enumerar las siguientes propiedades de los Rayos
X.
1. Se propagan en lnea recta.
2. No se desvan ante campos elctricos, ni ante campos
magnticos.
3. Atraviesan sustancias opacas.
4. Ionizan gases.
5. Provocan fluorescencia en determinadas sustancias.
6. Ennegrecen las placas fotogrficas.
Actualmente se sabe que los Rayos X son de naturaleza
ondulatoria.
2.5.3.1.2 Produccin de los Rayos X
Los Rayos X se producen cuando un haz de electrones, procedentes
de un ctodo de wolframio que se mueven a gran velocidad chocan
contra los tomos de un elemento que funciona de nodo (antictodo).
Como consecuencia de este choque aparece un espectro de emisin
formado por dos contribuciones:
1.-ESPECTRO CONTINUO:Debido a la prdida de energa de los
electrones cuando chocan entre s y contra el metal del nodo. Este
espectro, llamada tambin radiacin blanca, contiene un amplio rango
de longitudes de onda y aumenta (en amplitud y en intensidad)
cuando se eleva la diferencia de potencial (voltaje) entre el ctodo
y el nodo.
2.-ESPECTRO CARACTERSTICO:Cuando el voltaje alcanza un
determinado valor, los electrones adquieren una energa capaz de
arrancar los electrones de las capas ms internas (capa K) de los
tomos que forman el nodo. En consecuencia, los electrones de capas
ms externas (capas L y M) pasan a ocupar tales huecos producindose
una emisin de radiacin X con unas longitudes de onda especficas, K
para la transicin L-K y K para la transicin M-K. La radiacin K
puede eliminarse con un filtro, mientras que la radiacin K consta,
en realidad, de dos picos muy prximos entre s (K1 y K2) y que se
pueden tomar promediados. Dependiendo del metal que forme el nodo,
la longitud de onda de la radiacin K toma los valores que aparecen
en la tabla 2.6it2_6.
2.5.3.1.3 La Ley de Bragg
Cuando los Rayos X inciden sobre los electrones de una
distribucin atmica, les hacen vibrar con su misma frecuencia y
absorber parte de su energa, reemitindola en todas las direcciones,
dando lugar a fenmenos de interferencia. Pero slo en determinadas
direcciones se originan interferencias constructivas al producirse
frentes de onda que estn en fase, figura 2.47if2_47, es decir,
cuando se verifique:
E + EH = nl
siendo GE = EH
por otro lado:
GE = d sen q
entonces:
2 d sen q=n l
La expresin anterior constituye la Ecuacin de Bragg y establece
la condicin para que un determinado espaciado entre planos
reticularesi254 (familia de planos reticulares) y una longitud de
onda determinada de la radiacin incidente, provoque la difraccin o
reflexiones en planos de la misma familia, con el resultado de una
mancha en la pelcula fotogrfica.
2.5.3.1.4 Mtodos de Difraccin
Existen tres tipos de mtodos experimentales de Difraccin de
Rayos X:
1.- MTODO DE LAUE
Se utiliza un monocristal fijo sobre el cual se hace incidir un
haz de Rayos X blancos en direccin perpendicular a la placa
fotogrfica, figura 2.48if2_48. El haz directo forma una mancha
negra sobre la placa fotogrfica, aunque se suele poner una chapa de
plomo para interceptarlo y que no forme tal mancha. Cada familia de
planos reticulares formar su mancha caracterstica.
El ngulo de incidencia entre el haz de Rayos X y los distintos
planos reticulares con su espaciado d es fijo. Pero como se trata
de Rayos X blancos, estn presentes todas las longitudes de onda. La
Ley de Bragg se cumple siempre y cuando ( 2dsenq )/n est incluido
en el rango de longitudes de onda producidos por el tubo de Rayos X
y aparecern las manchas de difraccin correspondientes a cada
familia de planos reticulares.
El Mtodo de Laue es til para estudiar la simetra de los
cristales, siempre y cuando el haz incidente sea paralelo a un
elemento de simetra. Pero no resulta muy aplicable para la
determinacin de estructuras cristalinas pues resulta difcil saber
los valores de la longitud de onda para los que se produce cada
seal de difraccin.
2.- MTODOS DE CRISTAL MVIL
Para ampliar las aplicaciones de la difraccin de los Rayos X,
Bragg consider que usando una radiacin monocromtica la nica
posibilidad para que se cumpla la condicin de difraccin para un
espaciado determinado, es variar el ngulo. Esto se consigue
colocando el cristal en un sistema que gire, de tal manera que para
cada valor de que cumpla la condicin de difraccin se produzca un
punto en la pelcula. Con ello se puede saber cuales son los planos
reticulares asociados a cada difraccin.
Existen numerosas tcnicas basadas en esta idea (Weissenberg,
Buerger, Jong y Boumann, etc.) y estos mtodos son los ms empleados
actualmente para la determinacin de estructuras cristalinas.
3.- MTODO DE POLVO
Fue desarrollado por Debye y Scherrer en Alemania durante 1916.
La mayora de las veces no se dispone de cristales adecuados para
realizar el Rayos X del monocristal, en este caso se utiliza el
Mtodo de Polvo. Con este mtodo resulta difcil, aunque no imposible,
la determinacin de estructuras cristalinas. Es una tcnica muy til
para el reconocimiento de especies minerales y tambin para estudiar
numerosos procesos que afectan a las fases minerales.
Para realizar el difractograma de polvo hay que moler el
material a un tamao de 50 nm. La orientacin de los microcristales
es aleatoria. El portamuestras se hace girar, segn un ngulo, con el
fin de que el haz monocromtico incida sobre la muestra en un rango
que permita registrar las reflexiones. Cuando un determinado plano
reticular sea capaz de producir reflexiones que cumplan la condicin
de Bragg, se producir una mancha o un pico en el difractograma,
correspondiente a un determinado valor del ngulo (realmente se
considera 2q).
En un difractograma de polvo se obtiene un listado de picos de
difraccin, junto con su intensidad, en funcin del ngulo 2q (ngulo
de incidencia ms ngulo de reflexin). El valor d (dhkl) se obtiene a
partir de unas tablas de conversin especficas para cada metal que
forma el antictodo.
Para cada sustancia hay una ficha en que se dispone, entre otros
datos, del listado de picos de difraccin. Esto sirve para comparar
con el correspondiente a la muestra que se est estudiando.
2.5.3.2 Espectroscopia Infrarroja (IR)
Esta tcnica espectroscpica se basa la absorcin de energa que
experimenta una sustancia cuando se la hace incidir una radiacin
infrarroja. La absorcin de energa se produce cuando la radiacin
posee una longitud de onda capaz de excitar los niveles de vibracin
asociados a los enlaces.
El Espectro de Absorcin Infrarroja muestra las bandas
correspondientes a las vibraciones de los enlaces presentes en las
sustancias. Ello proporciona una informacin sobre la naturaleza de
tales enlaces y es, por lo tanto, una ayuda para el establecimiento
de las estructuras.
2.5.3.3 Espectroscopia Raman
Esta tcnica resulta muy adecuada cuando, por las caractersticas
estructurales de una sustancia, es un complemento a la
Espectroscopia Infrarrojai2532.
Si la Espectroscopia Infrarroja est basada en la medida de la
energa absorbida por los enlaces para pasar de un estado de
vibracin a otro de mayor energa (estado excitado), la
Espectroscopia Raman se basa en la energa dispersada por los campos
elctricos de los enlaces.
El Espectro Raman de una sustancia muestra las bandas
correspondientes a las vibraciones de los enlaces presentes en las
sustancias cuyos campos elctricos son capaces de dispersar una
radiacin incidente.
Algunas vibraciones de enlaces son capaces de absorber energa y
de dispersarla al mismo tiempo, en ese caso, presentarn banda en el
Espectro IR y tambin en el Espectro Raman. Pero hay casos de
vibraciones que no dispersan o que no absorben energa, en tal caso
no mostrarn banda Raman o banda IR respectivamente.
2.5.3.4 Espectroscopia Ultravioleta/Visible/IR Cercano
Se basa en la medida de la energa necesaria para que se produzca
un salto entre los niveles electrnicos. El rango de energa empleado
para producir tales saltos abarca tres zonas del espectro, ver
tabla 2.7it2_7.
Esta tcnica, tiene mltiples aplicaciones en las diversas ramas
de la Qumica:
QUMICA ORGNICA:Permite detectar electrones deslocalizados y
caracterizar enlaces mltiples y determinados grupos
funcionales.
QUMICA FSICA:Permite calcular energa de enlace, as como
identificar grupos cromforosin10 y auxcromosin101. Es de gran
importancia para la determinacin estructural.
QUMICA ANALTICA:Existen numerosos mtodos cuantitativos basados
en el uso de esa tcnica.
QUMICA INORGNICA:Se aplica para la caracterizacin de numeroso
compuestos slidos y especies en disolucin, como por ejemplo,
compuestos de coordinacin.
2.5.4 Cristalografa
La materia mineral presenta, en su mayor parte, un ordenamiento
interno de sus tomos y molculas. Este ordenamiento no es exclusivo
del mundo mineral y lo presentan casi todas las sustancias que se
encuentran en estado slido. El ordenamiento es la causa de que
existan los cristales. Las sustancias que no presentan ordenamiento
o lo presentan a corto alcance, se dice que son amorfas.
El ordenamiento interno implica una periodicidad (disposicin
repetitiva) de los tomos y molculas que constituyen el cristal en
las tres dimensiones del espacio. Esta periodicidad da lugar a una
serie de relaciones entre tomos y molculas homlogos o equivalentes
que conducen a las OPERACIONES DE SIMETRA. Se denomina OPERACIN DE
SIMETRA a la accin consistente en llevar un tomo a otro lugar del
espacio donde existe otro igual e indistinguible de l. El conjunto
de las operaciones de simetra que se pueden establecer para una
distribucin peridica determinada constituye un grupo matemtico al
que se denomina GRUPO PUNTUAL o CLASE DE SIMETRA. En total existen
32 grupos puntuales o clases de simetra.
Las clases de simetra que poseen ciertas operaciones de simetra
comunes se agrupan en 7 SISTEMAS CRISTALINOS, tabla 2.8it2_8, y
figuras 2.49if2_49, 2.50if2_50, 2.51if2_51, 2.52if2_52, 2.53if2_53,
2.54if2_54, 2.55if2_55.. Cada uno de ellos, lleva asociada una
celda o retculo mnimo que posee la misma simetra que el cristal
(CELDA UNIDAD), Las celdas unidad son siempre paralelepipdicas,
pudiendo ser:
PRIMITIVAS: Si contienen en total 1 tomo.
MLTIPLES: Si contienen ms de 1 tomo.
Esto quiere decir que dentro de cada celda mltiple se podrn
tomar distancias interatmicas menores que los parmetros o medidas
de dicha celda, figura 2.56if2_56. Si se consideran 3 de estas
distancias mnimas no coplanarias, se define un paraleleppedo que
slo posee tomos en los vrtices. Estos paraleleppedos se denominan
REDES DE BRAVAIS y son 14.
Volviendo a las celdas unidad mencionadas anteriormente, veremos
que cada una de ellas posee 6 parmetros caractersticos, 3
distancias y 3 ngulos formados por estas distancias.
Estos parmetros son caractersticos de cada sistema cristalino.
Los ngulos se miden con un instrumento denominado gonimetro, figura
2.57if2_57.
Como puede observarse, el Sistema Trigonal presenta 2
posibilidades. La primera de ellas posee una red prismtica de las
mismas caractersticas que la celda unidad hexagonal, mientras que
la segunda lleva asociada una red de Bravais rombodrica (Trigonal
R). En este ltimo caso resulta til conocer los parmetros de dicha
red rombodrica, es decir la arista arh y el ngulo mnimo entre tales
aristas arh. Tambin puede resultar til conocer los parmetros de la
celda unidad (que ser mltiple), pero fundamentalmente se suele
considerar la relacin entre la altura del prisma c0 y la arista de
la base a0, es decir c0/a0.
En cuanto a las clases de simetra mencionadas anteriormente,
constituyen la llamada forma (forma cristalina) de los cristales y
su denominacin aparece en la tabla 2.9it2_9.
Finalmente, resulta til conocer el nmero de frmulas por celda
unidad (Z). Cuando la celda es primitiva, Z=1.
2 Caracterizacin de las Sustancias Minerales2.4.1.2.3.2.1
Fotometra de Llama (FE)
Es conocida tambin comofotometra de emisin de llama.
Laexcitacinse produce mediante una llama con una temperatura
comprendida entre 1700 y 3200 C, como las de acetileno/aire o
acetileno/oxgeno.
Losfotmetros de llamano son aparatos muy complejos y permiten la
determinacin de elementos alcalinos, alcalino-trreos, tierras
raras, Cr, Mn, etc. En la actualidad los aparatos de Absorcin
Atmica pueden ser utilizados comofotmetros de llama, para ello
basta con no utilizar las lmparas.
Se trata de una tcnica muy utilizada para el anlisis rutinario
de suelos, aguas, productos metalrgicos, cementos, vidrios,
materiales biolgicos, etc. Los elementos que ms se determinan son:
alcalinos, alcalino-trreos, hierro y aluminio.
Una de lasventajasde la fotometra de llama y de las dems tcnicas
que utilizan la llama comofuente de excitacin, es que la energa
suministrada no es muy elevada y no se alcanzan niveles excitados
muy altos y muy numerosos, con lo cual el nmero de lneas de emisin
del tomo cuando vuelve a su estado fundamental no es muy numeroso y
los espectros no son muy complicados correspondiendo, en muchos
casos, a la zona del visible.
2 Caracterizacin de las Sustancias Minerales2.4.1.2.3.2.2
Espectroscopia de Absorcin Atmica (AA)
Es tambin conocida comofotometra de llama de absorcin. Su uso
data de 1956 (A. Walst, J.P. Schelton, C.T.J. Alkemade,...). Al
igual que laFotometra de Emisin de Llama, ladisolucin de la
muestrase pulveriza finamente y se la coloca en una llama, con lo
cual se disocia en sus tomos constituyentes y se mantienen en su
estado fundamental, en su mayor parte, (verfigura).
Mediante unalmparacuyo ctodo est construido con el elemento que
se quiere determinar, se produce unaradiacincapaz de excitar
nicamente los tomos del citado elemento. Esta radiacin se enva a la
muestra que absorbe la cantidad necesaria de tal energa para que
los tomos a determinar pasen del estado fundamental al estado
excitado. Lacantidad de energa absorbidaes proporcional al nmero de
tomos que se han excitado.
Laslmparasutilizadas en la actualidad se denominan dectodo
hueco. Como se ha dicho, suctodoest construido del elemento que se
quiere determinar, mientras que sunodoes de wolframio. El conjunto
delctodoy delnodova introducido en unaampolla de vidriollena con un
gas noble. En ella, el gas se ioniza y por colisin con el metal se
produce la liberacin de tomos del ctodo, emitiendo un espectro
completo del elemento. Esta emisin sale por una ventana de cuarzo y
se pasa por un monocromador cuya misin es seleccionar la lnea ms
adecuada para provocar la absorcin del elemento y pasarle desde el
estado fundamental a un estado excitado. Esta lnea debe
suministrarnos la mejor sensibilidad y las menores interferencias.
Es importante la existencia de undoble hazen la radiacin emitida
por la lmpara pues la energa absorbida por la muestra se calcula
mediante la diferencia entre el haz que pasa por ella y el haz que
no pasa.
2.4.1.2.3.2.3 Fluorescencia Atmica (FA) o (EFA)
Esta es una tcnica reciente que compite con laEspectrometra de
Absorcin Atmica. Cuando se excitan los electrones mediante una
radiacin con determinada longitud de onda, tienen tendencia a
volver a su estado fundamental, por lo cual emiten una energa con
la misma longitud de onda. Sin embargo, la vuelta al nivel
fundamental puede hacerse mediante etapas o pasos por otros niveles
con energa intermedia. Cada uno de tales saltos corresponde a una
longitud de onda mayor que la del "salto directo". Estas emisiones,
de menor intensidad que la correspondiente al salto directo al
nivel fundamental, se denominanfluorescenciay son la base para la
determinacin de algunos elementos.
Lasfuentes de emisinpara Fluorescencia Atmica han de ser muy
potentes, no siendo tiles, por lo general, las lmparas usadas
enEspectrofotometra de Absorcin Atmica. Se han de utilizar los
tubos de descarga (sin electrodos) consistentes en un tubo de
cuarzo cerrado hermticamente que contiene una pequea cantidad de
una sal del elemento a determinar (ioduro,...) a baja presin de
argn. Mediante un campo de microondas de elevada frecuencia se
provoca una excitacin del vapor atmico en la lmpara. Cuanto ms
intensa sea la excitacin, ms sensible es la fluorescencia. Los
espectros de fluorescencia se observan mejor en direccin
perpendicular a la de incidencia.
Algunos de losinconvenientesde esta tcnica son el precio de los
generadores de microondas, el tiempo de precalentamiento (de 1 a 2
horas) y que no todos los elementos pueden determinarse al no dar
emisiones suficientemente intensas.
Como ventajas se pueden citar el buen precio y la larga duracin
de los tubos de descarga y la elevada sensibilidad que se puede
alcanzar en funcin de la intensidad de la fuente de emisin.
Lasaplicacionesde la FA, estn relacionadas con el rango de
linealidad en funcin de la concentracin que es ms amplio que en
laEspectrofotometra de Absorcin Atmica. Se ha utilizado esta tcnica
para la determinacin de metales en diversas matrices orgnicas
(hidrocarburos, aceites, sangre, etc.).
2 Caracterizacin de las Sustancias Minerales2.4.1.2.3.2.4
Espectroscopia con Plasma de Acoplamiento Inducido (ICP)
Losplasmasson gases en los que una fraccin superior al 1% se
encuentra ionizada y a unatemperaturacomprendida entre 4.000 y
10.000 C. Esto da lugar a unafuente de emisinms potente que
cualquier llama, pudiendo provocar disociaciones en las
combinaciones qumicas ms resistentes. Mediante este sistema pueden
determinarse elementos, tanto mayoritarios como anivel de
traza.
Laatomizacin de la muestraes ms completa que cuando se realiza
con llamas, habindose comprobado una mejordisociaciny disminuyendo
lasinterferencias. Tambin, debido a las caractersticas de esta
fuente de emisin, la linealidad en funcin de la concentracin del
elemento a determinar se mantiene en rangos mayores que en las
tcnicas de llama.
2 Caracterizacin de las Sustancias Minerales2.4.1.2.3.2.5
Fluorescencia de Rayos X
Se produce cuando se hace incidir sobre la muestra un haz de
rayos X. Una parte de su energa es absorbida, pero el resto (una
mnima parte en relacin con la absorbida) es dispersada hacia
longitudes de onda menores que se corresponden con los elementos
presentes en la muestra. Se trata de unatcnica dispersiva.
La muestra se coloca en pastillas. Para la obtencin de buenos
resultados cuantitativos es necesario disponer de patrones en los
que el elemento a determinar ha de encontrarse en un entorno qumico
lo ms parecido posible a la muestra que se va analizar.
2 Caracterizacin de las Sustancias Minerales2.4.1.2.4 Mtodos
Elctricos
LosMtodos Elctricos de Anlisisse basan en el comportamiento de
una disolucin cuando forma parte de una celda electroqumica.
Unacelda electroqumicaes un sistema qumico capaz de intercambiar
corriente elctrica con el exterior. Lasceldasque generan corriente
se denominangalvnicas, mientras que las celdas que gastan energa se
llamanelectrolticas. En una celda electroqumica se dan dos
procesos, la reduccin, que tiene lugar en el ctodo y la oxidacin,
que tiene lugar en el nodo. Existe una relacin entre el potencial
de una celda electroltica y las concentraciones de las especies
implicadas en los procesos de oxidacin-reduccin, con lo cual pueden
establecerse medidas cuantitativas.
Hay varios tipos deMtodos Elctricos de Anlisis:
1.- Mtodos que relacionan directamente la concentracin de una
especie con algn parmetro elctrico, como el potencial de electrodo
o la conductividad. El uso de electrodos indicadores o electrodos
selectivos se est haciendo muy generalizado en algunos campos de la
Qumica. El caso ms conocido es el pH-metro.
2.- Mtodos que detectan el punto final de una valoracin mediante
el cambio de algn parmetro elctrico, como el potencial de
electrodo. Estos mtodos pueden aplicarse a cualquier tipo de
valoracin, como por ejemplo, la valoracin de cloruros con sales de
plata para precipitar ClAg.
3.- Mtodos basados en la transformacin, por parte de la
corriente elctrica, de una entidad que se encuentra en disolucin,
en otra entidad con diferente estado de oxidacin. Si la entidad
formada es slida y se puede pesar, es un mtodo de electrodeposicin
y puede tambin ser considerado como un mtodo gravimtrico clsico.
Algunos de los elementos que pueden determinarse con estos mtodos
son: Cd, Co, Cu, Fe, Pb, Ni, Ag, Sn y Zn. Los mtodos columbimtricos
miden la corriente elctrica y el tiempo necesarios para la
realizacin de un determinado proceso redox. Generalmente se trabaja
con un potencial de electrodo constante, para asegurar la
selectividad del proceso. Para llevar a cabo estos procesos hay que
tener en cuenta, entre otras cosas, que un Faraday (96.491
Culombios), es la cantidad de electricidad necesaria para
transformar 1 equivalente. Con estos mtodos se pueden determinar el
uranio y el plutonio existentes enmenasradiactivas.
En general, losMtodos Elctricos de Anlisisno son muy empleados
para la determinacin de minerales y sustancias relacionadas, aunque
s se usan para numerosas entidades inorgnicas.
2 Caracterizacin de las Sustancias Minerales
2.4.1.2.5 Mtodos Trmicos
Estos mtodos se basan en la variacin de algunas caractersticas
con la temperatura.
Las tcnicas ms empleadas en Qumica Mineral son las basadas en
elAnlisis Trmico:
LaTermogravimetra (TG)determina la variacin del peso con la
temperatura. Es interesante para la determinacin de los componentes
voltiles presentes en las sustancias (agua, carbonatos, etc.). Dado
que estos estudios se realizan en atmsfera cerrada, dependiendo del
tipo de gases presentes en la misma, pueden obtenerse resultados
diferentes, por ejemplo, si hay oxidaciones.
ElAnlisis Trmico Diferencial (ATD), adems de determinar
variaciones de peso con la temperatura (que se manifiestan en
picos), tambin registra cambios de fase asociados a intercambios de
energa, como reorganizaciones estructurales.
2 Caracterizacin de las Sustancias Minerales2.4.1.2.6 Mtodos
Mecnicos
Se basan en relacionar algunas propiedades mecnicas con la
composicin. Dentro de este grupo se incluyen lascromatografas, muy
importantes para la determinacin de sustancias orgnicas y
determinados tipos de iones. Las tcnicas de cromatografa, no son,
todava, muy usadas para la determinacin de sustancias
minerales.
2 Caracterizacin de las Sustancias Minerales
2.4.1.2.7 Otros Mtodos
Dentro de este apartado deben incluirse tcnicas muy dispares,
como por ejemplo:
MEDIDA DE RADIACTIVIDAD:Se emplea en la Mineraloga de las Tierra
Raras, donde se incluyen numerosos minerales. La medida de la
Radiactividad suministra una idea de la cantidad total de elementos
radiactivos presentes en una muestra, pero no permite discernir
entre ellos.
ANLISIS ENZIMTICO:Estos mtodos se usan en Bioqumica para
estudios cinticos. Hacia 1930, se empezaron a usar las fosfatasas
para anlisis clnicos. El uso de estas tcnicas en Mineraloga es
nulo, por ahora.
REFRACTOMETRAS:Se basan en la medida del ndice de refraccin. En
Gemologa se usan refractmetros especiales que no son muy
complicados. Las muestras han de ser cristalinas o deben pulirse
bien.
Esta breve descripcin de losMtodos Analticosusados en Mineraloga
no es ms que una introduccin que debe ser ampliada si se quiere
conseguir una adecuada especializacin. Para ello se recomienda la
lectura de textos de Qumica Analtica ms especializados.
2 Caracterizacin de las Sustancias Minerales2.5 Estructura de la
Materia Mineral
Como resultado del Anlisis Qumico se obtiene laFrmula Qumicade
las sustancias. Sin embargo, se tiene una informacin ms completa si
se conoce laestructurao disposicin de los tomos o de las molculas
en el espacio.
Lasformas geomtricasde los cristales son un reflejo macroscpico
de su estructura interna o microscpica, es decir, de una
distribucin regular de los tomos y de las molculas en el espacio.
Sin embargo, al contrario de lo que se crea hace algn tiempo, la
simple observacin de las formas geomtricas exhibidas por los
cristales no permite intuir su estructura interna, pues el aspecto
externo o hbito est condicionado por factores externos. Por
ejemplo, la fluorita puede aparecer en cristales cbicos o en
cristales octadricos, pero la distribucin microscpica de los tomos
de calcio y flor es la misma en ambos casos.
2 Caracterizacin de las Sustancias Minerales
2.5.1 Enlaces en los Cristales
Laestructura internade la materia se encuentra muy relacionada
con el tipo de tomos que la constituyen y con las interacciones o
enlaces existentes entre ellos. Estas interacciones estabilizan el
cristal y las hay de varios tipos. Las distribuciones peridicas que
forman los cristales pueden estar constituidas por tomos (o iones)
o por molculas, en cada caso el tratamiento ser distinto.
En el caso dedistribuciones atmicas, se pueden considerar tres
tipos de enlaces o interacciones:
ENLACES INICOS:Se establecen entre tomos con grandiferencia de
electronegatividady su causa es la atraccin electrosttica entre
iones con carga de signo opuesto.
Algunas de lascaractersticasde las sustancias con enlaces inicos
son:
1.- Altospuntos de fusin, relacionados con las cargas de los
iones.2.- Altasolubilidaden lquidos con elevadaconstante
dielctrica, como el agua.3.- Sonaislantes elctricosen fase slida
yconductoressi estn fundidos.4.-Suelen serdiamagnticos, aunque hay
excepciones si contienen metales de transicin.5.-Laspropiedades
pticasdel cristal pueden deducirse de la suma de las de cada uno de
los iones que lo forman.6.- Presentan bajaconductividad calorficay
tambin baja expansin y compresibilidad trmica.7.- Sonduros,frgilesy
con buenaexfoliacin.8.- Pueden dar lugar a soluciones slidas.
ENLACES COVALENTES:Se establecen entre tomos que comparten una
porcin de sudensidad electrnica, la cual mantiene unidos a los
ncleos.
Algunas de lascaractersticasde las sustancias con enlaces
covalentes son:
1.- Lasdensidadessuelen ser bajas.2.-
Sonaislantesosemiconductoresen fase slida y en fase fundida.3.-
Laspropiedades pticasestn condicionadas por la existencia de
electrones deslocalizados.4.- Generalmente sondiamagnticos.5.- Son
insolubles enlquidos polares.6.- Raramente forman soluciones
slidas.
ENLACES METLICOS:Se establecen entre tomos con un elevado
carcter electropositivo que comparten una porcin de sudensidad
electrnica, encontrndose sta deslocalizada en la estructura. Ello
hace que las sustancias metlicas posean una serie depropiedades muy
caractersticas, tales como las siguientes:
1.- Granconductividad trmicay elctrica en fase slida y en fase
fundida.2.- Sondctiles,maleablesy, a veces,elsticos.3.-Brillo
metlico, ms o menos intenso, que puede ser atenuado en la
superficie por alteraciones.4.-Densidadelevada.5.- Suelen
serferromagnticosoantiferromagnticos.6.- Son opacos.7.- Grandes
posibilidades en cuanto a las soluciones slidas (aleaciones
oro-plata, hierro-nquel).
La existencia deenlaces inicos,covalentesometlicospuros, es casi
ficticia, ya que siempre hay un cierto carcter inico en un enlace
covalente y viceversa, aunque hay muchos casos concretos en que se
da una gran proximidad a la pureza. En principio, puede decirse que
a mayordiferencia de electronegatividad, mayor carcter inico.
En muchas sustancias pueden encontrarse varios tipos de enlace.
Por ejemplo, en lossulfatosla unin S-O es fundamentalmente
covalente, mientras que los cationes se unen al anin mediante
interacciones esencialmente inicas. Se dice que estos compuestos
sonanisodsmicos. Mientras que cuando todos los enlaces son iguales,
como en el diamante, se trata desustancias isodsmicas.
Las disposiciones moleculares peridicas se encuentran
estabilizadas por interacciones entre las molculas, son los
llamadosenlaces moleculares, entre los que se encuentran losenlaces
de hidrgeno(de gran importancia en numerosas sustancias orgnicas e
inorgnicas), lasfuerzas de dispersin(Van der Waals), etc. Estas
interacciones tienen una energa mucho menor que las establecidas
entre tomos o iones. Laspropiedadesde estas sustancias son muy
caractersticas y suelen ser menosestables.
Laestabilidadde los cristales es funcin del tipo y de la energa
de los enlaces que le forman. Por ejemplo, la gran estabilidad de
lossilicatosest basada en la elevada energa de enlace que posee la
unin Si-O. Cuanto mayor sea el nmero de enlaces establecidos, mayor
ser laestabilidaddel compuesto. Lostectosilicatosson ms estables
que losnesosilicatos.
2 Caracterizacin de las Sustancias Minerales2.5.2 Los Slidos
Cristalinos
Lasdistribuciones atmicas y molecularesconstituyen las redes
cristalinas que, al ser peridicas en las tres dimensiones del
espacio, confieren a la materia elcarcter cristalino.
Cuando las distribuciones atmicas o moleculares no son peridicas
o lo son a corto alcance, se dice que no estn cristalizadas o que
sonamorfas, como por ejemplo, el palo.
En el caso de distribuciones moleculares es importante conocer
la disposicin de los tomos en la molcula y, adems, la distribucin
de las molculas en el espacio.
Al tratarse de distribuciones peridicas, se generan unaserie de
simetraso relaciones entre puntos homlogos de la red que permiten
clasificar las estructuras de acuerdo con los elementos de simetra
que contienen. Cada uno de losconjuntos de simetrasexistentes en la
red se denominaForma Cristalina,Clase de SimetraoGrupo Puntual. El
nmero de estos conjuntos es 32 y cadaespecie mineralpertenece a uno
de ellos. El espacio mnimo de la red que contiene toda la
informacin sobre su simetra se denominaCelda Unidad. La presencia o
ausencia de ciertos elementos de simetra en una red puede
condicionar algunas propiedades. Por ejemplo, una sustancia que
poseacentro de simetra, no podr serpiroelctrica.
Cuando una sustancia puede pertenecer a ms de unaforma
cristalina, se dice que espolimorfay cada una de
laspolimorfasconstituye unaespecie mineraldiferente. Las sustancias
que cristalizan en la misma forma cristalina, se dice que
sonisoformas.
Harris - Quantitative Chemical Analysis - 8th edition