El concepte mineral

En termes generals el concepte mineral fa referència a una substància sòlida d’una composició química definida (formada per un element o compost químic) amb una estructura cristal·lina concreta originat en condicions naturals per processos geològics.

Tenir una estructura cristal·lina concreta, significa que cada mineral està format per uns blocs d’àtoms idèntics, o cel·les unitàries, que ocupen l’espai de forma periòdica. Cada cel·la unitària té la mateixa orientació i es relaciona amb la següent mitjançant una translació a través dels anomenats eixos cristal·logràfics (a, b, c). En funció de les mides relatives dels eixos cristal·logràfics i els angles entre aquests eixos (α, β, γ) existeixen set formes geomètriques tridimensionals, que anomenem sistemes cristal·lins: cúbic, tetragonal, ortoròmbic, hexagonal, trigonal, monoclínic i triclínic. Cada mineral pertany a un sistema cristal·lí i es caracteritza per una estructura cristal·lina específica, que es pot determinar mitjançant difracció de rajos X.

 

Els set sistemes cristal·lins. A cada sistema s’adjunten dues reconstruccions 3D de cristalls idiomorfs de minerals representatius. Les reconstruccions s’han realitzat amb l’aplicació online de disseny 3D de cristalls idiomorfs www.smorf.nl desenvolupat per Mark Holtkamp.

L’arranjament atòmic característic de cada mineral no és només una conseqüència de la configuració electrònica dels àtoms que el composen, si no també, a les condicions ambientals (pressió i temperatura) de formació del mineral. Aquest fet explica l’existència dels polimorfs, que corresponen a minerals que tenen la mateixa composició química però diferent estructura cristal·lina. Els polimorfs doncs, ens aporten una informació cabdal per establir les condicions de formació de les roques. Per altra banda, també existeixen els minerals isomorfs, que corresponen a minerals de composició diferent que tenen la mateixa estructura cristal·lina.

 

Diagrama Pressió-Temperatura en el que es mostra els camps d’estabilitat dels minerals polimorfs andalusita, sil·limanita i cianita, que tenen per fórmula estructural Al2SiO5. A la dreta es mostren unes fotografies microscòpiques representatives dels tres minerals polimorfs.

L’estructura cristal·logràfica de cada mineral té una sèrie de característiques geomètriques que sovint, a conseqüència de la periodicitat, es reprodueixen a les cares externes dels minerals, donant lloc a unes formes fascinants visibles a ull nu. Al marge d’aquests aspectes geomètrics i estètics, és important destacar que l’estructura dels minerals influeixen en la seves propietats físiques (mecàniques, tèrmiques, òptiques, magnètiques i electròniques). Els minerals en els que les seves propietats no varien en funció de la direcció s’anomenen isòtrops i en els que sí anisòtrops. Només els minerals del sistema cúbic són isòtrops, la resta són anisòtrops.

 

A l’esquerra, cristall de biotita de color marró fosc (d’aproximadament 1 mm) envoltat de cristalls de quars i feldespat incolors. A la dreta, el mateix cristall de biotita de la imatge anterior rotat uns 45º, amb un color més clar. Aquesta variació del color en funció de l’orientació del cristall és fruit del pleocroisme.

La majoria de minerals estan formats per més d’un element, i molts d’ells es caracteritzen per tenir una composició química variable entre uns límits específics, formant sèries minerals. Aquesta variabilitat composicional que presenten alguns minerals es deu a que l’estructura cristal·logràfica que els caracteritza inclou algunes posicions que poden ser ocupades per més d’un element. Per exemple, en molts silicats que contenen ferro i magnesi (com l’olivina, l’ortopiroxè, la biotita o la cordierita), aquests elements es poden substituir, és a dir, hi ha espais de l’estructura cristal·lina que poden ser ocupats indistintament per ferro o magnesi. La solució sòlida que caracteritza una sèrie mineral concreta queda acotada per unes composicions pures anomenades end-members (o termes extrems).

 

Al centre, cristall de plagiòclasi (d’aproximadament 0.5 mm) amb zonació composicional, d’un pòrfir granodiorític situat a les proximitats de Sant Pere de Rodes (el Port de la Selva). Aquesta zonació és fruit de la solució sòlida que s’estableix entre els end-membres albita (plagiòclasi sòdica, Na) i anortita (plagiòclasi càlcica, Ca). En el cas de la plagiòclasi de la fotografia la relació albita-anortita s’incrementa del centre del cristall cap a la vora, és a dir la plagiòclasi s’enriqueix en Na i s’mpobreix en Ca del centre cap a les vores.