La caracterització complerta d'una substància, implica el coneixement de la composició química, la investigació estructural i l'estudi de les seves propietats, tant físiques com químiques. És clar, que existeixen interconnexions entre tots aquests aspectes. Per exemple, les substàncies que contenen plom acostumen a tenir una densitat elevada, aquelles que contenen certs elements de transició, poden presentar colors característics, les estructures laminars impliquen exfoliació perfecta en una direcció, mentre que les estructures en cadena, impliquen exfoliació en dos direccions, les oxisals presenten lluentor vítrea, mentre que els elements metàl·lics, els sulfurs i certs òxids metàl·lics acostumen a tenir lluentor metàl·lica o semimetàl·lica. Per això, quan es realitza un simple examen organolèptic, anomenat també examen "de visu", es pot aproximar tant la composició, com l'estructura. Però, en realitat això no és més que una orientació vàlida per a una part dels minerales (recordem que es troben caracterizades unes 4.500 espècies i varietats) i que les possibilitats en aquest aspecte només s'amplien quan es poseeix una gran experiència en l'observació de minerals. Per tant, pel reconocimient de minerals s'ha de recòrrer a procediments més científics que passen per vàries etapes. Inicialment es realitza l'anàlisi químic, primer qualitatiu i després quantitatiu. En la major part dels casos, és necessari un estudi estructural, ja que existeixen substàncies amb composicions molt semblants (de vegades idèntiques) i la forma de diferenciar-les és mitjançant el coneixement de l'estructura.
La primera conclusió que cal extreure de tot això és la gran dificultat que representa el reconeixement dels minerals només amb mètodes sensorials. Això és quelcom que s'ha d'assumir, en primer lloc pels "experts" en Mineralogia i també pels aficionats i altres persones que sol·liciten informació a aquests.
Per tot el que hem dit fins ara, es proposarà una sistemàtica, per a la caracterització de les substàncies minerals i posteriorment profunditzar en el coneixement de les mateixes.
Els primers passos han de donar-se en el propi jacimient, en reconèixer l'ambient geològic i prendre nota exacta de la ubicació. També en el mateix lloc, es pot reconèixer algunes de les seves propietats físiques (les propietats organolèptiques). Posteriorment, en els laboratoris, s'hauran d'estudiar les altres característiques i procedir al seu anàlisi químic per conèixer la seva composició i relacionar-la amb les propietats químiques que també es determinen. A tots aquests processos, caldrà complementar l'estudi estructural, el qual al seu torn ens servirà per explicar moltes de les propietats abans observades i, fins i tot, per descobrir altres noves.
Localització dels Minerals. Els primers passos
Quan se'ns presenta una mostra geològica, és possible que es tracti d'una roca o d'una espècie mineral i generalment no representa una gran dificultat diferenciar entre ambdues possibilitats. Veurem de forma breu tots dos conceptes:
ESPÈCIE MINERAL és una substància natural i homogènia, d'origen inorgànic, amb una composició definida, dins de certs límits, amb propietats característiques i amb una estructura cristal·lina. Algunes de las anteriors puntualitzacions poden presentar excepcions.
La dificultat de distingir entre una roca i una espècie mineral es troba quan la textura és microscòpica, la qual cosa fa difícil veure si hi ha diferents components.
Si la mostra és una roca, són les característiques organolèptiques les que ens ajudaran en la seva identificació i posteriorment passaran a mans dels geòlegs, especialistes en Petrologia, per aprofundir en el seu coneixement.
Quan es tracta d'una espècie mineral, com ja s'ha dit, existeix una probabilitat, no massa alta, d'un immediat reconeixement. A més d'observar les propietats organolèptiques, és convenient realitzar algun assaig químic senzill, com per exemple el comportament smb una gota d'àcid clorhídric o un escalfament amb un encenedor de gas. Això ens pot donar alguna pista, però no acostuma a ser més que una lleu orientació, mai una prova determinativa.
És molt important també, conèixer l'ambient geològic on han aparegut les mostres, ja que això ens permetrà descartar certes espècies o varietats. Així per exemple, en un ambient sedimentari no se pot pensar en tobar olivina, hornblenda o augita. D'altra banda, hi ha minerals que poden aparèixer en varis ambients, com per exemple el quars, la calcita o els felspats. També és cert que en cada ambient, els hàbits d'una mateixa espècie mineral poden ser diferents, ja que aquests depenen en gran mesura de les condicions de formació.
Tot segui es descriuran les característiques físiques de les substàncias, particularitzant-les per les substàncies minerals, espècies minerals o simplement minerals. S'ha de tenir present que tals característiques poden classificar-se en diversos grups:
El coneixement de les propietats químiques dels minerals constitueix un pas important per la seva determinació. Algunes de les propietats o característiques químiques, com per exemple la solubilitat, són bàsiques per la realització de l'anàlisi químic.
El fet que una substància sigui soluble en aigua ens dóna una idea de la seva constitució i del tipus d'enllac existent a l'estructura. Moltes sals necessiten l'acció dels àcids per dissoldre's, i fins i tot poden ser necessaris a més l'acció d'oxidants per aconseguir dissoldre la substància. L'aigua regia és una mescla, en la proporció 3:1, d'àcid clorhídric i d'àcid nítric, que actua com un àcid, com oxidant i com subministrador de lligants Cl, per la formació de complexos. L'acció combinada d'aquests tres efectos permet dissoldre, no només l'or, sinò també nombrosos sulfurs de metalls nobles. En el cas dels silicats, només s'aconseguirà una perfecta dissolució mitjançant l'àcid fluorhídric (FH), ja que només el fluor forma enllaços més forts amb el silici que l'oxígen.
També són importants les reaccions que es poden manifestar quan se sotmet una substància a escalfament. Això és particularment important en el cas de substàncies que contenen volàtils o entitats capaces de generar-los. Aquests volàtils poden ser anhídrid carbònic (procedent de carbonats), aigua, halògens, mercuri, etc.
L'estudi acurat dels processos de deshidratació és important, no per esbrinar la quantitat d'aigua retinguda en una substància, sinò que constitueix una dada decisiva en l'estudi estructural, ja que no n'hi ha prou amb conèixer quanta aigua contenen, sinò que també cal saber com es troba.
En les substàncias, l'aigua pot trobar-se de tres formes:
L'aigua de cristalització pot trobar-se de diverses formes a la xarxa cristal·lina. A la mirabilita o sal de Glauber, un escalfament a 100 ºC provoca la pèrdua simultània de les 10 mol·lècules d'aigua, la qual cosa vol dir que totes elles es troben en posicions estructurals molt similars. En canvi, a la melanterita, l'escalfament provoca que es desprenguin 6 mol·lècules d'aigua, en primer lloc i posteriorment, a 300 ºC, es desprèn la setena, tot això vol dir que no totes elles es troben igualment retingudes per l'estructura.
La pèrdua d'aigua de cristalització sol ocòrrer a temperatures baixes, fins i tot hi ha nombroses substàncies, com per exemple l'epsomita, que perden una part de les seves mol·lècules d'aigua de cristalització a temperatura ambient, si la atmosfera es troba suficientement eixuta. Es diu que aquesta substància és eflorescent.
La pèrdua d'aigua de cristalització pot ser irreversible si l'escalfament ha estat molt elevat. La heulandita perd aigua quan s'escalfa de forma progressiva, com pot observar-se a través de la variació gradual en les seves propietats òptiques, quan es deixa refredar es produeix també una recuperació gradual de l'aigua. Però quan l'escalfament es realitza per sobre dels 150ºC no es produeix la recuperació de l'aigua en refredar-se.
En la pràctica no és fàcil distingir entre aigua de cristalització i aigua de constitució.
La deshidratació no és l'únic procés que pot observar-se durant l'escalfament de substàncies minerals, ja que també poden donar-se els següents:
En els dos darrers casos és necessari l'ús de tècniques com la difracció de Raigs X o l'Anàlisi Tèrmic Diferencial (ATD), per detectar els procesos.
Com resultat de l'Análisi Químic s'obtenen les fórmule químiques de las substàncies. En canvi, es té una informació més complerta si es coneix l'estructura o disposició dels àtoms o de les mol·lècules en l'espai.
Les formes geomètriques dels cristalls són un reflex macroscòpic de la seva estructura interna o microscòpica, això és, d'una distribució regular dels àtoms i de les mol·lècules en l'espai. En canvi, al contrari del que es creia fa una mica de temps, la simple observació de les formes geomètriques exhibides pels cristalls no permet intuïr la seva estructura interna, ja que l'aspecte extern o hàbit està condicionat per factors externs. Per exemple, la fluorita pot aparèixer en cristalls cúbics o en cristalls octaèdrics, però la distribució microscòpica dels àtoms de calci i fluor es la mateixa en ambdos casos.