Introducció. Aquest capítol està dedicat a l'estudi de la matèria mineral, és a dir la matèria inerta (no viva) que constitueix les muntanyes, les valls, els deserts, etc. En la naturalesa existeixen dos tipus de matèria mineral que són les roques i els minerals. La diferència entre ambdós consisteix que els minerals són els elements que constitueixen les roques, és a dir que les roques sempre estan constituïdes per dos o més tipus de minerals. Això és fàcil d'observar si es mira un fragment de granit com el que apareix en la següent fotografia. Es pot apreciar que no està constituïda per una sola substància, sinó per tres. Hi ha grans blanc-grisencs, grans blancs i grans negres.

• Els grans blanc-grisencs són del mineral "quars".
• els grans blancs lletosos són del mineral "feldspat" i
• els grans negres són del mineral "mica biotita"

1. Mineral. Un mineral és una matèria natural, inorgànica, sòlida, cristal·lina i amb una composició química fixa o que varia entre limitis molt estrets.

• Què vol dir natural? Una matèria es denomina natural quan s'ha originat en la naturalesa, és a dir sense la intervenció del ser humà. La matèria elaborada pels humans es denomina matèria artificial. Per exemple el ciment i l'acer no són minerals ja que no es troben en la naturalesa, sinó que són productes fabricats per l'ésser humà.

• Què vol dir inorgànica? Una matèria es diu inorgànica quan no està constituïda bàsicament per àtoms de carboni (C) i hidrogen (H). Aquests són els dos elements indispensables per a formar la matèria orgànica, que és la que constitueix els organismes. Un exemple de matèria inorgànica és el clorur sòdic (NaCl) i un exemple de matèria orgànica el petroli que bàsicament està format per C i H.

• Què vol dir matèria sòlida? Una matèria és sòlida quan les partícules (àtoms, molècules o ions) que la formen estan fortament units ocupant posicions fixes. Això implica que cal realitzar una força per a deformar-la o trencar-la. Així doncs, perquè una substància pugui ser considerada mineral, és necessari que sigui sòlida. L'aigua no és un mineral, ni tampoc ho és l'oxigen de l'aire, etc. El que freqüentment es parli d'aigua mineral, es deu al fet que és aigua que surt de l'interior de la muntanya, és a dir d'una mina d'aigua, no perquè sigui un mineral.

• Què vol dir cristal·lina? Una matèria sòlida es diu cristal·lina quan les seves partícules estan ordenades, és a dir les partícules no es troben de qualsevol forma, sinó en llocs fixos, tals que, si disposen d'espai suficient, formen volums geomètrics com cubs, prismes, piràmides, etc., que es denominen cristalls. Quan el nombre de partícules és molt gran, els cristalls són visibles a primera vista. Quan formen minerals durs es poden aprofitar per a fer joies duradores. Els grans cristalls són molt rars i per això estan molt cotitzats. Quan les partícules d'un sòlid no estan ordenades es diu que és un sòlid de matèria amorfa.

En les exposicions i comerços de minerals, se sol parlar de "minerals cristal·litzats" quan els cristalls són visibles a primera vista, i de "minerals massius" quan no ho són. En realitat, aquests últims també són de matèria cristal·lina. Basta observar-los mitjançant un microscopi per a poder apreciar els seus petits cristalls microscòpics.

Es denomina cel·la unitat al cristall més petit possible, és a dir el constituït pel mínim nombre de partícules (àtoms, molècules o ions). Un cristall visible a primera vista no és més que la repetició, infinitat de vegades i en les tres dimensions de l'espai, de la cel·la unitat.

• Què vol dir tenir una composició química definida. Els minerals presenten una composició química definida, és a dir la proporció entre els elements químics que ho formen és constant, o només presenta petites variacions. Per exemple el mineral galena posseeix un àtom de sofre per cada àtom de plom. A més pot contenir àtoms de plata, or i altres elements, però sense arribar a superar el 0,3% (s'anomenen "impureses"), de fer-lo ja no es consideraria galena sinó un altre mineral distint.

• Els falsos minerals o mineraloides. Són les substàncies naturals, inorgàniques i sòlides, com la limonita, el l'òpal i l'obsidiana, que no són autèntics minerals, atès que les seves partícules no estan ordenades, és a dir són de matèria amorfa. També es consideren mineraloides els líquids inorgànics que es troben en la naturalesa, com són l'aigua i el mercuri nadiu.

2. La classificació dels minerals. Científicament els minerals es classifiquen segons la seva composició química, però aquesta classificació precisa tenir una sèrie de coneixements de química que només es tracten en els cursos superiors a aquest. Per això a continuació es presenta la classificació dels minerals segons la seva utilitat. En aquesta classificació se diferencien dos gran grups que són:

• Els minerals no metàl·lic. Són els que no serveixen per obtenir metalls. Els principals són els silicats (com el quars, el feldspat ortosa, el feldspat albita, la mica biotita o mica negra, la mica moscovita o mica blanca i l'olivina), els carbonats (com la calcita i l'aragonita), els sulfats (com el guix) i les sals (com l'halita i la silvina). La majoria d'ells es troben associats a altres minerals constituint roques per la qual cosa reben el nom de minerals petrogenètics. En aquest sentit els principals són els silicats ja que són els que formen la majoria de les roques que formen les muntanyes (formen roques com el granit, el pòrfir, el basalt i les argiles). Després estan els carbonats ja que la calcita és el principal mineral de la roca calcaria de la qual també estan formades moltes muntanyes.

• Els minerals metàl·lics. Són els que serveixen per obtenir els metalls. Generalment no formen roques i es troben en petites quantitats, per la qual cosa cal fer mines per arribar a ells. Quan s'extrauen generalment surten units a fragments de roques. S'anomena mena al mineral del qual s'extrau el metall i ganga a la roca acompanyant. A continuació es presenten una taula dels principals minerals metàl·lics agrupats segons el mineral que se obté d'ells. També s'ha inclòs el diamant per ser el mineral més apreciat de tots per la seva duresa bellesa.

 

Els minerals metàl·lics i el diamant
Minerals del ferro (Fe): Oligist, magnetita i siderita. El ferro s'empra en la construcció de cases i en la fabricació de màquines	Minerals del coure (Cu): Calcopirita, atzurita, malaquita, i coure nadiu. El coure s'empra com conductor de l'electricitat; fabricació de calderes, canonades i monedes; i recobriment d'exteriors.	Minerals del plom (Pb): Galena. El plom s'empra per a fabricar canonades, com protector enfront de radiacions i per a produir pigments per a pintures	Minerals del cinc (Zn): Blenda El cinc s'empra per a protegir sostres i portes exteriors, i per a protegir el ferro (galvanització)
Minerals de l'alumini (Al): Bauxita. L'alumini s'empra per a fer automòbils, portes, finestres i utensilis de cuina	Minerals de l'estany (Sn): Cassiterita. L'estany s'empra per a protegir el ferro (llauna)	Minerals del mercuri (Hg): Cinabri. El mercuri s'empra per a la fabricació de termòmetres i baròmetres	Minerals del sofre (S): Pirita i sofre nadiu. La pirita, donada el seu alt percentatge en sofre, no serveix per a obtenir ferro sinó per a fabricar àcid sulfúric.
Minerals de l'or (Au): Or nadiu. L'or s'empra en joieria i per a fabricar monedes	Minerals de la plata (Ag): Argentita i plata nativa. La plata s'empra en joieria, per a fer monedes i en fotografia.	Minerals del platí (Pt): Platí nadiu. El platí s'utilitza en joieria i per a afavorir reaccions químiques en la indústria.	Minerals del carboni (C): Diamant. Donada la seva duresa s'empra per a fabricar broques, i utensilis per a tallar i polir

3. Les propietat dels minerals. Es distingeixen tres tipus de propietats, les propietats geomètriques, les propietats físiques i les propietats químiques. Dintre d'aquestes es poden distingir els següents tipus:

• PROPIETATS GEOMÈTRIQUES. Són les relacionades amb la forma dels cristalls. La més important és la simetria.

• Simetria. S'entén per simetria l'existència en un objecte de parts iguals però orientades en direccions diferents. Per exemple un cub presenta simetria respecte a un imaginari eix de gir que passi pels centres d'una cara i de la cara oposada, ja que al fer-ho girar es repeteix una de les seves cara quatre vegades.

• PROPIETATS MECÀNIQUES. Són les propietats relacionades amb l'aplicació de forces sobre el cristall. Les principals són la duresa, l'exfoliació i la tenacitat.

• Duresa. La duresa d'un mineral és la resistència que oposa a ser ratllat. Com més juntes i atapeïdes estiguin les seves partícules més dur serà. Un mineral pot ser alhora dur i fràgil, ja que encara que els enllaços que uneixen les partícules siguin molt fortes, si l'estructura que formen té poca estabilitat, es fracturarà amb facilitat. Per exemple el diamant, que és el mineral més dur que existeix, és bastant fràgil.

En 1920 el mineralogista alemany F. Mohs va proposar una escala de deu nivells de duresa, en la qual cada mineral ratlla a l'anterior i és ratllat pel posterior. L'escala de Mohs és:

• Es ratllen amb la ungla: 1. Talc i 2. Guix
• Es ratllen amb la navalla: 3. Calcita i 4. Fluorita
• Es ratllen amb la llima: 5. Apatita i 6. Ortosa
• Ratllen al vidre: 7. Quars 8. Topazi 9. Corindó i 10. Diamant

• Exfoliació. És la capacitat que tenen alguns minerals de trencar-se segons cares planes. Això es deu a l'existència de "forces d'unió entre les partícules" diferents segons la direcció que es consideri. Alguns minerals quan reben cops es trenquen en cubs, com la galena, uns altres en làmines, com el guix laminar i les miques, uns altres en octàedres, com la fluorita, etc. Els cristalls resultants es diuen sòlids d'exfoliació. En el mercat del col·leccionisme no són tan valorats com les formes naturals. Els especialistes en tallar pedres precioses (gemmòlegs), abans de decidir-se a treballar una peça, l'examinen amb cura per a deduir els possibles plànols d'exfoliació. Els minerals no exfoliables, al trencar-se, presenten superfícies irregulars anomenades fractures. Per exemple la fractura concoïdal (fractura en forma de petxina) pròpia del quars, l'estellosa, l'escamosa, etc.

• Tenacitat. És la resistència que oposa un mineral a deformar-se o a trencar-se, és a dir a la separació de les seves partícules. Segons aquesta propietat es distingeixen diversos tipus de minerals:

• Elàstics. Si al cessar la força recuperen la forma primitiva.
• Plàstics. Si al cessar la força no recuperen la forma primitiva quedant així deformats
• Dúctils. Si en estirar-se poden donar lloc a fils.
• Mal·leables. Si al copejar-los es poden aixafar fins formar làmines.
• Fràgils. Si al aplicar una força es trenquen fàcilment.

• LES PROPIETATS ÒPTIQUES. Són les propietats relacionades amb el comportament de la llum a l'incidir sobre el mineral. Les principals són el color, el color de la ratlla, la lluentor i la refringència.

• El color. El color d'un mineral és el tipus de llum que reflecteix al ser il·luminat. És una de les característiques més evidents per a identificar-lo. Alguns minerals poden presentar colors diferents segons el tipus i quantitat d'impureses que contingui, donant lloc a la cridades "varietats". Per exemple el mineral quars es pot presentar com quars pur, l'anomenat quars hialí o cristall de roca (que és incolor), com quars fumat (negre), quars rosa (rosa), quars ametista (violeta), quars citrí (groc llimona) etc.

• El color de la ratlla o simplement ratlla. És el color de la pols del mineral. Es denomina color de la ratlla, ja que usualment la pols del mineral s'obté estrenyent el mineral contra una placa blanca de porcellana porosa, i fent una ratlla, com si es tractés d'un guix sobre una pissarra. Segons el tipus de mineral, el color de la ratlla pot coincidir amb el de la seva superfície o ser completament diferent. Per exemple la pirita és daurada i en canvi la seva ratlla és negra. El color de la ratlla és molt útil per a la identificació dels minerals.

• La lluentor. La lluentor d'un mineral és el grau en què la llum es reflecteix en la seva superfície. Hi ha minerals brillants i minerals mats. Els tipus de lluentor més coneguts són: metàl·lic, vitri, sedós, nacrat, diamantí, resinós i greixós.

• Refringència. És el canvi de direcció que experimenta un raig de llum al passar d'un mitjà a un altre. La llum, en primer lloc passa de l'aire al mineral, i si aquest és transparent, del mineral a l'aire novament. En alguns minerals el raig de llum, al travessar el mineral es desdobla en dos raigs, per la qual cosa surten dues imatges. Aquest fenomen s'anomena birrefringència. La varietat transparent de la calcita, l'anomenat espat d'Islàndia, és un exemple de mineral birrefringent. Els minerals que no presenten aquest comportament es denominen monorrefringents, per exemple la sal gema o halita és un mineral monorrefringent.

• LES PROPIETATS ELÈCTRIQUES. Són les que tenen relació amb el corrent elèctric. La més coneguda és la conductibilitat, que consisteix en la capacitat de deixar passar el corrent elèctric.

• LES PROPIETATS MAGNÈTIQUES. Són les quals estan relacionades amb el magnetisme, és a dir amb la capacitat d'atreure al ferro. Alguns minerals com la magnetita polar, són capaces d'atreure petits ferros, com per exemple claus, xinxetes, etc., i de desviar l'agulla d'una brúixola, que sempre es dirigeix cap al Nord. Altres minerals presenten un grau mes baix de magnetisme, per la qual cosa el seu magnetisme només és detectable si es polvoritzen i després s'aproxima un imant per a veure si atreu o no a les seves partícules.

• LES PROPIETATS QUÍMIQUES. Són aquelles propietats que depenen de la reaccionabilitat química del mineral amb les altres substàncies. La més important són la solubilitat i la reaccionabilitat amb el àcid clorhídric.

• La solubilitat en aigua. Els minerals solubles poden presentar gust i olor. Per exemple l'halita és salada, la silvina és salada i picant, l'epsomita és amarga, etc.

• L'efervescència amb l'àcid clorhídric (*HCl). És la capacitat del mineral de reaccionar amb aquest àcid i desprendre bombolles de diòxid de carboni (CO₂). Aquesta reacció resulta molt útil per a identificar la calcita i l'aragonita, que són els minerals bàsics de les roques calcàries.

4. Els jaciments minerals. Els minerals proporcionen a la humanitat els elements químics que la societat precisa per a la indústria. Per exemple el ferro, el plom, el fluor, el sofre, etc. Per a aconseguir-los generalment és necessari practicar mines, que són pous verticals dels quals surten galeries horitzontals. Aquestes s'allarguen seguint els filons o vetes de mineral. En una mina la matèria mineral es denomina mena i la roca acompanyant ganga. A l'actualitat molts jaciments minerals s'exploten a cel obert. Aquest tipus d'explotació es realitza mitjançant voladures amb dinamita. Després, amb l'ajuda de pales excavadores els minerals són carregats en camions fins les trituradores.

Les reserves de minerals són lògicament limitades per la qual cosa cada vegada és més necessari recuperar els elements químics ja utilitzats i impedir que vagin a parar als rius i al mar, d'on és gairebé impossible recuperar-los per a tornar a utilitzar-los. A l'actualitat gran part del ferro que es fon en els alts forns s'obté a partir de la ferralla. Aquest procés és un exemple de l'anomenat reciclat dels metalls.

D'altra banda alguns elements químics com el mercuri (de les piles i termòmetres), el níquel i el crom (de les indústries de niquelats i cromats), són molt verinosos i provoquen la mortaldat de peixos i aus aquàtiques, per la qual cosa també es necessari el seu reciclat en lloc de llençar-los al medi aquàtic.