Determinación de la Dureza de un Mineral

Juego de Dureza de Mohs

La dureza de un mineral se define como la capacidad relativa de un mineral para resistir el rayado o la abrasión. El primer intento de cuantificar la dureza de un mineral del que se tiene constancia fue realizado en 1812 por Friedrich Mohs, geólogo y mineralogista alemán. Eligió 10 minerales relativamente comunes cuya dureza oscilaba entre el mineral más blando conocido, el talco, y el más duro, el diamante. La escala de Mohs es utilizada por mineralogistas, geólogos y coleccionistas aficionados y profesionales. La escala de Mohs y su aplicación para comprobar las propiedades de los minerales es el tema de este artículo.
Los metalúrgicos utilizan una dureza de penetración (Vickers, Knoop, etc.) que se obtiene presionando una punta de diamante en una superficie plana bajo una carga conocida y midiendo el área de indentación. Los artículos profesionales de mineralogía suelen informar de la dureza Vickers aplicada a los minerales, en cuyo caso se considera que es la dureza de la deformación del cristal.
Mohs inventó una escala ordinal, del uno al diez, en la que cada número está definido por la dureza de una especie mineral concreta. Aunque son buenas aproximaciones, las diferencias absolutas de dureza entre los valores ordinales no son iguales. Si se compara con la escala Knoop, cada mineral índice sucesivo es de 1,2 a 2,7 veces más duro que el anterior. La única excepción importante se da entre la dureza del corindón y la del diamante. El diamante es casi cinco veces más duro que el corindón.

Como la escala de Mohs es una escala ordinal, no hay valores intermedios. Dicho esto, a menudo verá valores como 3½, o 5½. Estas designaciones no significan que la dureza esté a medio camino entre 3 y 4 o 5 y 6. En cambio, el coleccionista o mineralogista está diciendo que la dureza es mayor que 3 pero menor que 4; o, de manera similar, mayor que 5 pero menor que 6. No se debe intentar establecer una medida más fina, ya que no tiene sentido. Es un punto fino, pero una dureza entre 8 y 9 debe escribirse como 8½ y no como 8,5. La fracción decimal implica un rango continuo en lugar de los valores ordinales discretos.

Herramientas que necesitará

Se puede comprar un juego de minerales de índice de dureza, pero la mayoría son tan comunes que puede construir su propio juego. Lo ideal es que cada pieza tenga un tamaño aproximado de 2 x 2 x 3 cm. Las caras de hendidura son ideales para rayar, las esquinas son buenas para producir rayaduras por lo que los bloques de hendidura son excelentes cuando son posibles. Cuando no lo son, elija un cristal. Sólo son necesarios los nueve primeros minerales del índice, ya que sabes que un diamante rayará todos los demás minerales. Una pequeña caja dividida en nueve compartimentos proporciona un almacenamiento útil.

Se puede comprar un juego de soportes tipo lápiz con puntas afiladas, cada uno con uno de los minerales de Mohs. Son excelentes para probar el rayado de una incógnita pero, como se discutirá más adelante, es necesario también descubrir si el mineral desconocido puede rayar el mineral índice. Esto no es posible con algunos juegos de puntas. El juego de puntas de dureza y superficies de prueba de MineralLabs permite el protocolo completo. Los soportes de las puntas son de acero tipo lápiz y se suministra una piedra de afilar de carborundo para volver a afilar las puntas según sea necesario. Ninguna de las puntas es mineral. El yeso se sustituye por un plástico de la misma dureza. La calcita por el cobre. Las puntas 4 a 9 son todas aleaciones de acero de la dureza correcta para igualar los minerales que sustituyen. Las puntas son útiles, particularmente con especímenes pequeños.
Para aproximaciones cercanas una navaja de bolsillo (H=5 a 5½), una longitud de alambre de cobre (H=3), un fragmento de cuarzo (H=7), un pequeño trozo de chapa de cobre (H=3), un cuadrado si el vidrio de la ventana (H=6½), y una arandela de guardabarros de acero brillante (H=5) serán suficientes. Otra que siempre se tiene a mano es la uña (H=2 a 2½). Su uso antes de utilizar las puntas o el juego de dureza ahorra el desgaste de este último. La desventaja es que al refinar su estimación, recurrir a un juego de dureza requiere hacer un segundo rasguño.

Haciendo &Observación de un rasguño

Al elegir un lugar para hacer un rasguño en su recién adquirido y valioso espécimen, elija una superficie bastante lisa pero poco visible, preferiblemente en la parte posterior o inferior de la pieza. No querrá estropear una gran cara de cristal con una fea cicatriz.
Si usted no tiene ninguna idea en cuanto a lo que la dureza puede ser, comience en el medio … pruebe 5. Aquí es donde una navaja, una pequeña longitud de alambre de cobre, etc., es útil. Le permiten encontrar el valor aproximado sin erosionar sus mejores herramientas.
Al hacer la raya, dibuje el punto por sólo unos 3 mm. Y utilice una lupa. Un arañazo de 3 mm es tan fácil de ver como uno de 3 cm. Al principio, utilice una ligera presión, pero si eso no produce ningún efecto, aumente a una presión firme. Una vez hecho el «arañazo», límpialo con el dedo o con un bastoncillo de algodón para asegurarte de que la marca es realmente un arañazo que incide en la superficie, y no es simplemente una marca calcárea en ella. Si es posible, pase la uña por el arañazo para descubrir si es un arañazo incisivo o simplemente una marca residual.

Cuando se utilicen palpadores (puntas), sostenga el palpador en un ángulo aproximado de 45o a 60o con respecto a la superficie del mineral y llévelo hacia usted.
Si una punta de apatita (H=5) no raya su espécimen, pruebe con el feldespato (H=6). Si el feldespato no raya su muestra, pruebe con el cuarzo (H=7). Si el cuarzo produce un rayado, es importante intentar rayar el cuarzo con un punto poco visible de su muestra.
Aunque la dureza de la mayoría de los minerales es casi la misma en todas las direcciones, existen pequeñas diferencias. Por lo tanto, si su espécimen lo permite, sin desfigurarlo, intente rayar en diferentes direcciones (a lo largo del cristal y en sentido transversal). El mineral más conocido por su dureza diferencial es la cianita. Su dureza paralela a la longitud del cristal es de 5½ mientras que perpendicular a la longitud la dureza es de 7. Con los diamantes, la superficie octaédrica es la más dura y sin diferencias en la dureza direccional un diamante no podría ser cortado.

Interpretando los resultados

Digamos que su espécimen mineral desconocido no fue rayado por el feldespato (H=6), fue rayado por el cuarzo (H=7), y se rayó el cuarzo. Entonces el desconocido debe tener una dureza igual a la del cuarzo; o H=7.
Si su espécimen desconocido no fue rayado por el feldespato (H=6), fue rayado por el cuarzo (H=7), y no rayó él mismo el cuarzo. Entonces su dureza debe ser menor que la del cuarzo pero mayor que la del feldespato ( 6 < H < 7). Este valor se expresa a menudo como 6½, que significa «entre» 6 y 7.
Si el índice raya a la incógnita, ¿la incógnita raya al índice? Es importante probar el rayado en ambos sentidos. Esta es la única manera de determinar si la dureza de la incógnita es igual o menor que la del mineral índice que tiene la mayor dureza.

Contexto teórico

La dureza es una función de la fuerza de enlace entre átomos y/o iones. Mientras que la fuerza de enlace entre los átomos de una molécula (por ejemplo, entre el hidrógeno y el oxígeno del agua) es esencialmente constante, la fuerza de enlace entre los iones (por ejemplo, Fe2+ y (CO3)2-) varía en función de la carga electrostática de los iones, la distancia entre ellos y el patrón de empaquetamiento. Dado que la distancia entre los planos de los iones es diferente en distintas direcciones, también lo es la resistencia de los enlaces. El plano con la máxima dureza es el plano con la mayor densidad de puntos. Es decir, el plano con el mayor número de iones en la menor superficie. Para los diamantes, la mayor densidad de puntos y el plano con la máxima dureza es el plano octaédrico.

En general, los iones más pequeños producen minerales más duros. Los cationes (iones metálicos con carga positiva) de los minerales carbonatados calcita Ca2+, magnesita Mg2+, siderita Fe2+ y rodocrosita Mn2+ tienen todos el mismo patrón de empaquetamiento, o estructura cristalina; y la misma carga electrostática. Tienen casi el mismo tamaño con la excepción del ion calcio, que es significativamente mayor. La calcita tiene una dureza de 3 mientras que la magnesita, la siderita y la rodocrosita tienen una dureza de 4.
El carbonato, la calcita, y el nitrato, la nitratina, tienen el mismo patrón de empaquetamiento (estructura cristalina) y casi el mismo tamaño de iones. Sin embargo, la carga de los iones de calcio y carbonato en la calcita es el doble de la carga de los iones de sodio y nitrato en la nitratina. Esto hace que la atracción electrostática entre los iones de calcio y carbonato en la calcita sea más fuerte que la atracción entre los iones de sodio y nitrato en la nitratina. La dureza de la calcita, como hemos visto, es de 3. La dureza de la nitratina es de 1½ a 2.
Un empaquetamiento más estrecho de los iones en la estructura cristalina produce una mayor dureza. El aragonito y la calcita son ambos carbonato de calcio, CaCO3. La calcita cristaliza en el sistema cristalino trigonal, el aragonito en el sistema ortorrómbico; y, los iones están más empaquetados para el aragonito que para la calcita . La dureza de la calcita, como sabes, es de 3. La del aragonito es de 3½ o 4.
Los minerales con enlaces covalentes entre átomos son generalmente más duros que los que tienen enlaces iónicos. El diamante tiene enlaces covalentes entre átomos de carbono. El cobre nativo tiene enlaces iónicos entre iones de cobre. Ambos cristalizan en el sistema isométrico (cúbico). Aunque el ion de cobre es considerablemente mayor que el átomo de carbono, la fuerza del enlace covalente entre átomos de carbono es enormemente mayor que la de los enlaces electrostáticos entre iones de cobre.
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Determining Fracture and Cleavage in Minerals

Mason, Brian y Berry, L.G. (1968) Elements of Mineralogy. W. H. Freeman and Company, San Francisco.
Peck, Donald B (2007) Mineral Identification: A Practical Guide for the Amateur Mineralogist. The Mineralogical Record, Tucson Arizona.
Pough, Frederick H, (1996) A Field Guide to Rocks and Minerals. Houghton Mifflin Company, Boston.
Sitio web de la Sociedad Mineralógica de América, http://www.minsocam.org/msa/collectors_corner/id/mineral_id_keyi1.htm , Mineral Identification Key II. Plante, Alan; Peck, Donald; Von Bargen, David.

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