Autor: Javier Luque

 

La humanidad siempre ha tenido tendencia a clasificar aquellos objetos que, por su diversidad, debían ser agrupados considerando características comunes. Esto es así no sólo en nuestra vida cotidiana, sino muy especialmente en el ámbito científico. Los componentes de los reinos clásicos (animal, vegetal y mineral) han sido clasificados históricamente en función de esas características compartidas.

En el caso de los minerales, la evolución de sus criterios de clasificación ha sido paralela al avance de los conocimientos en Química, Física y Cristalografía. Los minerales, con su gran variedad de composiciones químicas, propiedades físicas, estructuras internas o ambientes geológicos en los que se presentan, han desafiado las capacidades taxonómicas de filósofos y científicos desde hace más de 2000 años.

Como en Zoología o Botánica, el éxito de cualquier sistema de clasificación en Mineralogía reside en la unidad de descripción que define una especie. Es decir, qué hace que un mineral sea diferente de otro y, por ello, reciba un nombre distinto. En este punto es importante recordar la definición de especie mineral reconocida por la IMA (Asociación Mineralógica Internacional). De forma genérica, la IMA considera una especie mineral a un sólido cristalino homogéneo, con una composición química definida, y formado por procesos geológicos. Es decir, un mineral debe tener una estructura interna ordenada y una composición química concreta dentro de ciertos límites.

Por tanto, los dos criterios básicos en los que se fundamenta la clasificación actual de los minerales son su composición química y su estructura cristalina. De esta forma, las Clases Minerales, primer nivel de clasificación, se establecen en función del anión o grupo aniónico dominante. Habitualmente, y desde un punto de vista didáctico, algunas de estas Clases se agrupan considerando aquellas que presentan rasgos estructurales comunes. A partir de sus características cristaloquímicas, se pueden considerar ocho Clases minerales:

1. Elementos nativos: Son los únicos minerales en los que no existen aniones o grupos aniónicos y aparecen sin combinarse con ningún otro elemento químico, más allá de la existencia de algunas aleaciones metálicas naturales como el electrum (Au-Ag) o la taenita (Fe-Ni). Se dividen tradicionalmente en metales (Au, Ag, Cu, Pt,…), semimetales (As, Sb, Bi) y no metales (C y S).

En particular, los metales nativos se caracterizan por estructuras sencillas basadas en empaquetados de átomos, sobre todo cúbico simple (átomos del metal definiendo los vértices y el centro de un cubo) o cúbico compacto (con los átomos del metal en los vértices y centros de las caras del cubo). El Hg nativo es una excepción a la definición de mineral, ya que es líquido a temperatura ambiente y, por tanto, carece de estructura cristalina. Los semimetales y no metales nativos presentan estructuras más diversas, así como diferentes tipos de enlaces químicos entre sus átomos.

El Atomium, en Bruselas, representa la estructura interna del hierro nativo. Las esferas corresponden a los átomos de hierro, que se disponen en los vértices y el centro geométrico de un cubo. Definen lo que en Cristalografía se denomina como una celda cúbica centrada en el interior. Foto: I. Castaño

2. Sulfuros y compuestos afines: Consisten en combinaciones de uno o más metales o semimetales con el anión sulfuro (S^2-). En algunos de los minerales de esta Clase el S^2- puede estar sustituido, parcial o completamente, por otros aniones correspondientes a semimetales como el As^2-. Esto sucede, por ejemplo, en la arsenopirita (FeSAs), que químicamente es un sulfoarseniuro, o en la niquelina, un arseniuro de níquel de fórmula NiAs. Es importante diferenciar estos minerales de las denominadas sulfosales, en las que el semimetal desempeña el mismo papel que el metal en los sulfuros (es decir, actúa como catión; p. ej., la pirargirita, Ag₃SbS₃).

Agregado de cristales prismáticos de estibnita (Sb₂S₃). Foto: G. Pinto

3. Halogenuros: Son compuestos formados por la combinación de un ión halógeno (F^-, Cl^-, Br^-, I^-) con uno o más metales, sobre todo alcalinos o alcalino-térreos. Los fluoruros (como la fluorita, CaF₂) y los cloruros (como la halita, NaCl) son los minerales más comunes, debido la abundancia de estos aniones en la naturaleza. Por la diferencia de electronegatividades entre los iones que los constituyen, presentan enlaces típicamente iónicos y, en los más simples químicamente, estructuras derivadas de empaquetados.

Cristales cúbicos de fluorita, asociados a cuarzo y barita. Foto: G. Pinto

4. Óxidos e hidróxidos: Resultan de la combinación de uno o más metales con aniones oxígeno (O^2-) y/o grupos (OH)^-, respectivamente. Aunque los iones hidróxido son aniones complejos, en las estructuras minerales se comportan como aniones simples, prácticamente esféricos, por lo que los hidróxidos se suelen clasificar junto con los óxidos.

Agregado botroidal de hematites (Fe₂O₃). Foto: G. Pinto

5. Carbonatos, nitratos y boratos: En esta Clase se agrupan minerales químicamente muy diferentes, pero que presentan grupos aniónicos con configuraciones idénticas. Estos grupos aniónicos están formados por cationes con diferente carga (C⁴⁺, N⁵⁺ y B³⁺) coordinados con tres oxígenos que definen los vértices de un triángulo. La geometría de los grupos aniónicos está condicionada por las relaciones de radios iónicos entre los cationes y los aniones que lo configuran. Para relaciones de radios entre 0.155 y 0.225, la geometría resultante es triangular, con el catión ocupando el centro del triángulo.

En el caso de los carbonatos y nitratos no se cumple esta relación de radios iónicos, sino que los valores son sensiblemente inferiores y la coordinación que les correspondería debería ser lineal. Es decir, el catión se encontraría en el centro de una línea definida por los oxígenos. La longitud de esta línea sería igual a la suma de los radios iónicos de los aniones más el diámetro del catión. El motivo de esta discrepancia reside en que, sobre todo, los enlaces C-O y N-O son esencialmente covalentes y, en consecuencia, la relación de radios iónicos deja de tener sentido a la hora de definir esa configuración geométrica.

Los carbonatos, por su abundancia, son con diferencia los minerales más comunes dentro de esta Clase. En particular, los carbonatos anhidros destacan como formadores de rocas y se subdividen de acuerdo con el radio del catión o cationes que unen entre sí los grupos triangulares. Los carbonatos monocatiónicos anhidros en los que el catión tiene un radio igual o menor que el Ca²⁺ presentan estructuras con simetría romboédrica (trigonal); los que tienen cationes con radios iónicos iguales o superiores al del Ca²⁺ poseen simetría rómbica. El CaCO₃, por lo tanto, puede presentar ambos tipos de estructuras, correspondientes a calcita y aragonito, dando lugar a uno de los ejemplos más conocidos de polimorfismo.

Celda romboédrica de la calcita. Los círculos de color rojo corresponden a los oxígenos del grupo triangular. Los negros representan los átomos de carbono.

Los carbonatos bicatiónicos anhidros, como la dolomita (CaMg(CO₃)₂), presentan una estructura romboédrica similar a la calcita pero de menor simetría y en la que cada catión se sitúa, alternativamente, en planos distintos.

Celda romboédrica de la dolomita. Los círculos de color negro corresponden al carbono coordinado por los oxígenos (círculos rojos), conformando el grupo triangular. Los iones de Ca²⁺ y Mg²⁺ se encuentran situados en planos alternos perpendiculares al eje c e intercalados con los planos definidos por los grupos triangulares.

En los boratos, la relación de radios entre B³⁺ y O^2- está muy próxima al límite entre la coordinación triangular y la tetraédrica. Por ello, estos minerales pueden presentar tanto grupos (BO₃)^3- como (BO₄)^5-. Por este motivo, en algunos textos se consideran como una Clase independiente.

6. Sulfatos, cromatos, molibdatos y wolframatos: Todos estos compuestos se caracterizan por grupos aniónicos tetraédricos en cuyos vértices se dispone el oxígeno y en el centro un catión hexavalente. Estos grupos tetraédricos se unen entre sí a través de uno o más cationes. Los sulfatos, los más importantes de esta Clase por su abundancia en la naturaleza, pueden presentar en su estructura otros aniones o moléculas adicionales (fundamentalmente, OH^- y H₂O). Por el mayor radio iónico de W⁶⁺ y Mo⁶⁺ con respecto al S⁶⁺ y Cr⁶⁺, los grupos tetraédricos de los wolframatos y molibdatos son bastante irregulares.

Geoda de cristales prismáticos de celestita (SrSO₄). Foto: G. Pinto

Cristales tabulares de wulfenita (PbMoO₄). Foto: G. Pinto

7. Fosfatos, arseniatos y vanadatos: Los minerales de esta Clase comparten la presencia de grupos aniónicos tetraédricos formados por un catión pentavalente rodeado de cuatro oxígenos. Estos grupos aniónicos se unen en las estructuras mediante cationes y pueden presentar también aniones o moléculas adicionales. Es el caso del Grupo del apatito, un fosfato de calcio cuyas especies minerales más comunes pueden presentar F^-, flúorapatito, Cl^-, clorapatito, o grupos hidroxilo, hidroxilapatito.

8. Silicatos.

La IMA, además, incluye una Clase adicional en la que se agrupan diferentes Compuestos orgánicos. Se trata de un grupo heterogéneo de minerales que corresponden, entre otros, a sales de ácidos orgánicos (como oxalatos o acetatos). En este tipo de compuestos, los átomos de carbono se unen mediante enlace covalente a otros elementos como oxígeno, nitrógeno o hidrógeno. Además, contienen uno o más metales. Para su consideración como especies minerales deben formarse como resultado de procesos geológicos.

 

LECTURAS RECOMENDADAS:

Mills, S.J., Hatert, F., Nickel, E.H., Ferraris, G. (2009). The standardisation of mineral group hierarchies: application to recent nomenclature proposals. European Journal of Mineralogy, 21, 1073-1080.

Nickel, E.H., Grice, J.D. (1998). The IMA Commission on New Minerals and Mineral Names: Procedures and guidelines on mineral nomenclature, 1998. The Canadian Mineralogist, 36, 913-926.