La identificació de minerals

Què és la ratlla d'un mineral i en què es diferencia del color del cristall? Per què la ratlla és una propietat més fiable per identificar-lo?

Distingeix entre lluentor metàl·lica i lluentor no metàl·lica, i anomena tres tipus de lluentor no metàl·lica amb un mineral d'exemple de cadascun (vitri, gras, sedós, adamantí).

A continuació es descriuen cinc mostres minerals numerades:

1. Cristalls d'hàbit cúbic, color groc llautó i lluïssor metàl·lica.

2. Cristalls prismàtics hexagonals, incolors i amb lluïssor vítria.

3. Agregat laminar transparent i flexible, exfoliable en làmines molt fines.

4. Cristalls amb exfoliació romboèdrica perfecta i lluïssor vítria.

5. Massa de color gris plom, lluïssor metàl·lica i exfoliació cúbica.

Indica quin número correspon a la pirita i quin a la mica moscovita, i cita la propietat física visible que t'ha permès reconèixer cadascuna.

El quars pot ser incolor, blanc, rosat, violeta o fumat segons les seves impureses. Explica per què el color és un criteri poc fiable per identificar minerals i quines tres propietats combinaries per identificar qualsevol mostra amb seguretat.

Un laboratori rep tres petites partícules metàl·liques daurades procedents d'un placer al·luvial. El prospector sosté que totes són palletes d'or natiu (densitat teòrica $\approx 19,3\text{ g/cm}^3$). Es realitzen mesures de densitat hidroestàtica i assajos mecànics sota lupa binocular:

• Gra 1: densitat $5,0\text{ g/cm}^3$. En pressionar lleument amb la punta d'una alena d'acer, es trenca saltant en resquills i genera una pols marronosa-negrosa verdosa.

• Gra 2: densitat $4,2\text{ g/cm}^3$. Es ratlla fàcilment amb la punta d'una agulla de cap de coure i deixa ratlla negra verdosa.

• Gra 3: densitat $18,9\text{ g/cm}^3$. En pressionar-lo amb l'alena d'acer, la punta penetra deixant una fenedura permanent sense fractura ni despreniment de pols.

1. a) Identifica raonadament quin mineral correspon a cada gra (entre pirita, calcopirita i or natiu), vinculant el resultat amb les propietats mecàniques de tenacitat (fragilitat vs. maleabilitat) i duresa.

1. b) Explica el fonament químic pel qual l'or natiu conserva la seva lluentor inalterable en els指向sediments de riu durant mil·lennis, mentre que els sulfurs daurats s'acaben transformant en limonita o pàtines d'alteració.

Ordena de menor a major duresa aquests minerals de l'escala de Mohs: quars, talc, corindó, guix i fluorita. Indica, a més, quins dos objectes quotidians s'utilitzen com a referència de duresa al camp.

Una mostra desconeguda ratlla el guix i la calcita, però és ratllada per la fluorita. Acota la seva duresa a l'escala de Mohs i proposa un mineral compatible amb aquest resultat.

Una mostra ratlla el vidre però no ratlla el quars, i el quars la ratlla a ella. Acota la seva duresa a l'escala de Mohs i proposa dos minerals compatibles amb aquest interval.

Un estudiant mesura la duresa d'un cristall prismàtic de distena (cianita) mitjançant assajos de microindentació i ratllat controlat amb el joc de Mohs. Obté les següents dades contrastades:

• En la direcció paral·lela a la longitud major del prisma (eix cristal·logràfic c), una navalla d'acer comú (duresa 5,5) produeix un solc net continu (duresa estimada: 4,5 a 5).

• En la direcció transversal (perpendicular a l'allargament del prisma), la navalla no produeix cap dany i només s'aconsegueix ratllar la superfície emprant una punta de quars (duresa estimada: 6,5 a 7).

1. a) Interpreta aquest comportament a escala de xarxa cristal·lina: justifica per què l'anisotropia mecànica de la distena és tan acusada en comparació amb minerals isòtrops com el granat, relacionant les diferents dureses amb la força i orientació dels enllaços químics a la seva estructura.

1. b) Prediu com respondrà aquest mineral respecte a la seva exfoliació quan una roca que en conté es veu sotmesa a esforços tectònics diferencials i descriu un disseny experimental senzill per comprovar si una altra propietat física (la conductivitat elèctrica o la propagació de la llum) presenta també anisotropia en el mateix cristall.

Què és l'exfoliació i en què es distingeix de la fractura? Posa un exemple de mineral amb exfoliació perfecta.

Què és la densitat relativa d'un mineral? Descriu un mètode senzill per estimar-la al laboratori amb una balança i una proveta amb aigua.

Què és la tenacitat d'un mineral? Defineix els comportaments fràgil, sèctil, mal·leable i elàstic, amb un exemple de mineral per a cadascun.

Una mostra de galena té una massa de $66\ \text{g}$ i desplaça $8,7\ \text{cm}^3$ d'aigua. Calcula la seva densitat i explica per què la densitat elevada és un bon criteri per distingir-la de la pirita, d'aspecte semblant.

La mica s'exfolia en una direcció, el feldspat en dues i la calcita en tres. Explica quina relació té el nombre de direccions d'exfoliació amb la xarxa cristal·lina i amb els angles entre les superfícies de trencament.

En un sector orogènic s'han recollit tres mostres de metapel·lites amb diferents associacions minerals del sistema $\text{Al}_2\text{SiO}_5$:

• Mostra A: prismes d'andalusita les vores dels quals estan substituïdes per agregats fibrosos de sil·limanita.

• Mostra B: porfiroblasts de distena deformats en una matriu de moscovita i quars, sense cap altre polimorf.

• Mostra C: coexistència en aparent equilibri textural d'andalusita, distena i sil·limanita en una aurèola de contacte a uns 500 °C i 0,38 GPa.

1. a) Interpreta la trajectòria P-T (pressió-temperatura) de la mostra A: justifica si reflecteix un metamorfisme prògrad o un procés de descompressió tèrmica en creuar la corba univariant del diagrama de fases.

1. b) Aplica la regla de les fases de Gibbs ($F = C - P + 2$, fixant la pressió i la temperatura com a variables lliures) per a demostrar quants graus de llibertat ($F$) té l'associació de la mostra C en el punt triple i justifica per què trobar aquesta paragènesi a la naturalesa és un indicador petrogenètic extraordinàriament precís.

L'efervescència amb àcid clorhídric diluït i el magnetisme són proves ràpides de camp. Quin mineral identifica cadascuna de manera gairebé inequívoca? Descriu com es realitza cada prova.

Algunes propietats s'aprecien amb els sentits, com el tacte gras del talc o el gust salat de l'halita. Cita dos exemples més i explica quines precaucions higièniques exigeix la prova del gust.

A la imatge, el quars i el feldspat ortòclasi poden tenir colors semblants. Proposa dos assajos senzills (duresa, exfoliació o ratlla) que permetin diferenciar-los a la mostra de mà i explica el resultat esperat en cadascun.

A més de l'efervescència, la calcita presenta doble refracció: les lletres vistes a través d'un cristall transparent apareixen duplicades. Explica en què consisteix aquesta propietat i com utilitzar-la com a prova diagnòstica.

Durant una prospecció minera en un jaciment de ferro, un tècnic recull una mostra de lluentor gris metàl·lica apagada i alta densitat. En acostar-hi un imant de neodimi, observa que la mostra no experimenta atracció magnètica, per la qual cosa conclou erròniament en el seu informe preliminar que es tracta de galena o esfalerita amb impureses.

1. a) Rebat la conclusió del tècnic: dedueix raonadament quin mineral de mena de ferro compon la mostra i quin assaig immediat en mostra de mà permet descartar amb total seguretat els sulfurs de plom o zinc.

1. b) Al laboratori es comprova que, en escalfar la mostra o en analitzar mostres adjacents més profundes, apareix magnetisme net apreciable i la roca presenta pseudomorfisme (martitització). Explica quin procés geoquímic/redox justifica la transformació entre la magnetita original i el mineral de la mostra.

En una pràctica de laboratori, un grup d'alumnes proposa el següent protocol per identificar quatre mostres macrocristal·lines anedrals (quars, calcita, halita i pirita):

«Pas 1: Tastar el gust de les quatre mostres a la boca. Pas 2: A les tres que no tenen gust de sal, ratllar amb força la placa de porcellana per veure el color de la pols. Pas 3: Afegir $\text{HCl}$ concentrat sobre la que no ha deixat ratlla».

1. a) Avalua críticament aquesta proposta: assenyala dues objeccions greus (una metodològica de seguretat química i una altra tècnica sobre els límits de la duresa de la placa de porcellana enfront del quars).

1. b) Dissenya una clau dicotòmica alternativa, rigorosa i segura (sense degustació de mostres i minimitzant el deteriorament del material) que discrimini de manera unívoca els quatre minerals a partir de duresa relativa (escala de Mohs abreujada amb ungla, moneda i vidre), hàbit/exfoliació, ratlla i assaig amb àcid diluït.

En el peritatge d'una pedrera per a àrids de construcció s'extreu un fragment mineral clar de lluentor vítria. En l'equip sorgeix una discrepància: un perit opina que és quars, un altre afirma que és calcita i un tercer que es tracta de feldespat potàssic (ortosa). Disposes únicament d'un punxó d'acer trempat (duresa 5,5), una placa de vidre comercial (duresa 5,5), un fragment de quars de referència (duresa 7), una lupa $10\times$ i un comptagotes amb $\text{HCl}$ al 10 %.

1. a) Dissenya una estratègia seqüencial d'assajos de camp que permeti refutar de manera concloent dues de les tres hipòtesis i confirmar la tercera, justificant el resultat esperat per a cada mineral.

1. b) Si la mostra ratlla el vidre però és ratllada pel quars, no produeix efervescència i amb la lupa mostra superfícies planes que reflecteixen la llum formant graons amb angles rectes ($90^\circ$), dedueix la identitat del mineral. Quin tret textural o morfològic cercaries amb la lupa per diferenciar si és ortosa o una plagiòclasi?

En una planta de reciclatge d'àrids procedents de demolició s'analitzen tres concentrats minerals que poden alterar la durabilitat del formigó:

• Concentrat A: mineral fosc de lluentor semimetàl·lica, densitat elevada, ratlla marró-rogenca i nul·la efervescència àcida.

• Concentrat B: mineral incolor/blanquinós, d'exfoliació romboèdrica perfecta, duresa 3 i efervescència immediata i viva amb $\text{HCl}$ diluït en fred.

• Concentrat C: mineral daurat de lluentor metàl·lica intensa, duresa superior a 6, que forma agregats cúbics i ratlla de color gris verdós.

1. a) Dedueix l'espècie mineral de cada concentrat, argumentant quina propietat és inequívocament diagnòstica per descartar els seus homòlegs més freqüents (magnetita per a A; dolomita o guix per a B; calcopirita o or natiu per a C).

1. b) Des de la química ambiental i la patologia de materials, prediu quina reacció de meteorització patirà l'agregat C si queda atrapat al formigó en presència d'aigua i oxigen atmosfèric, i quines dues conseqüències greus (mecànica i geoquímica) generarà a l'estructura.