Determinación de minerales: hoy la densidad.

densidad

Estoy segura… o casi, de que ustedes recuerdan el post en que presenté las propiedades macroscópicas que permiten el reconocimiento de un mineral, a través de observaciones y manipulaciones sencillas.

Si no es el caso, les recomiendo repasarlo, para avanzar mejor, y porque de paso, verán allí que hay propiedades que dependen de los campos.

Uno de esos campos es el gravitacional, y de él resulta el peso específico y su propiedad equivalente: la densidad, tema que analizaremos hoy.

¿Qué es el peso específico y de qué depende?

Comencemos por aclarar que es una de las propiedades escalares, tal como expliqué en el post cuyo link puse más arriba. Efectivamente, es totalmente independiente de la posición en que se explore el individuo.

El peso específico de un cuerpo se define como su peso por unidad de volumen, lo que matemáticamente se expresa en la fórmula P/V, donde P es el peso de dicho cuerpo (o mineral en el caso que nos interesa), y V es su volumen.

Las unidades de medida que pueden aplicarse son: newtons sobre metro cúbico o N/m³, si se usa el Sistema Internacional, o bien kilopondios sobre metro cúbico, según el Sistema Técnico. Es importante destacar que el kilopondio o kilogramo-fuerza, es precisamente la fuerza que ejerce la gravedad del lugar sobre una masa de un kilogramo. Esto no es más que lo que conocemos comúnmente como el peso del cuerpo, por lo cual se acepta en el uso corriente, también expresar el peso específico como kg/m³, y sus correspondientes múltiplos y submúltiplos.

Pero recordemos que el peso específico es dependiente del valor de la aceleración de la gravedad en el lugar, porque volveremos sobre este concepto.

Existe otro concepto que es el peso específico relativo de un cuerpo (en este caso de un mineral), que no es más que la relación que existe entre el peso de dicho cuerpo y el de un volumen igual de agua a 4° C. Si quieren saber por qué razón ésa es la temperatura de referencia, pueden ir a ver el post del comportamiento térmico del agua.

Podemos generalizar que el peso específico es aproximadamente constante (sólo aproximadamente, según veremos en seguida), por lo cual se lo suele usar para diagnosticar minerales.

El peso específico es fuertemente dependiente de su composición química, y puede decirse que aumenta con el número de masa de los elementos presentes en ella.

Por lo general tienen más peso específico los minerales que contienen metales pesados de la parte inferior de la Tabla Periódica de Dimitry Mendeleiev (metales nativos y sulfuros por ejemplo); mientras que los minerales ricos en elementos de la parte superior de la tabla periódica, tienen menos Pe, como es el caso de las sales oxigenadas y los halogenuros.

¿Qué es la densidad y de qué depende?

Densidad de un cuerpo, o mineral en nuestro caso, es la relación entre su masa y su volumen. Lo que se expresa como un cociente igual a: m/V donde m es la masa y V el volumen.

Como vemos, aquí no hay dependencia respecto al valor de la aceleración de la gravedad del lugar.

La densidad, como el peso específico, depende de la composición química, pero es mucho más fuertemente dependiente que aquél, del empaquetamiento de los átomos, es decir de la estructura que resulta de variables como las dimensiones y valencias de los elementos químicos involucrados. Por lo general los cristales con estructura más compacta, tienen mayor densidad que los que ostentan estructuras de capas,  o de cadenas.

La densidad se expresa en unidades de masa sobre unidad de volumen, es decir que resulta medible en g/cm³ y sus múltiplos o submúltiplos correspondientes y varía entre límites tan amplios como de 1 a 23 g/cm³, pero la densidad más común se encuentra entre 2,5 a 3,5 g/cm³.

¿Cómo se relacionan entre sí el peso específico y la densidad?

Aunque es muy común utilizar estos términos como sinónimos inrecambiables, no lo son en un sentido estricto, y existe una fórmula que los relaciona entre sí.

Como ya dijims más arriba. el peso es dependiente del valor de la aceleración gravitacional del lugar. cosa que no sucede con la masa, de allí que P= m.g, donde P es peso, m es masa y g es el valor de la aceleración de la gravedad.

Relacionando esta fórmula con otras que vimos más arriba, resulta:

Pe= P/V

Reemplazando P por su equivalente, obtenemos: Pe= m.g/ V; pero como m/V= D ( o δ, es decir densidad), resulta que Pe= D.g. En buen criollo, el peso específico es igual a la densidad por la aceleración de la gravedad del lugar.

¿Cómo se calcula el peso específico de un mineral?

Por supuesto, la determinación exacta es en laboratorio, pero ahora veremos algunos truquitos para hacerlo de manera más casera, con cosas que hay en casi todos los hogares y que permiten obtener un valor bastante parecido al real; y también les contaré algo más rustico todavía, ya verán.

Las metodologías en laboratorio para definir los pesos específicos son básicamente tres:

  • El de la balanza y probeta, que es el más sencillo, y cuya modificación casera les contaré en seguida.
  • El de la balanza hidrostática o de Arquímedes, que se basa en el principio homónimo, y que seguramente les explicaré en otro post.
  • El del picnómetro, que sólo se usa para sólidos pulverulentos, como suelos o sedimentos, pero que si se quiere aplicar a minerales implica su molienda previa, por lo cual no se los explicaré en este post, sino seguramente cuando hablemos de suelos en otra oportunidad.

Por lo tanto, ahora les explicaré el método de balanza y probeta, ilustrado en el post.

En laboratorio, se usa una balanza de precisión, con la que se determina el peso del cuerpo, mientras que su volumen se mide por el ascenso del nivel del agua en la probeta graduada, que se produce al introducir el cuerpo en ella.

En efecto, el cuerpo introducido desplaza hacia arriba un volumen de agua que es equivalente al suyo propio.

Esta técnica da el Pe exacto, pero no todos tienen en su casa balanzas de pecisión ni probetas graduadas, me dirán ustedes…y yo les responderé con una pregunta: ¿están seguros?

Porque la balanza de precisión puede reemplazarse por la balancita que muchas veces hay en la cocina para pesar alimentos, que dará un valor aceptable si no exacto.

Y para reemplazar la probeta pueden usar cualquier vaso medidor graduado, o hasta una mamadera y hacer las correcciones necesarias en materia de unidades.

No es tan imposible, ¿vieron?

¿Qué precauciones se recomiendan?

Lo primero a tener en cuenta es que la densidad real de los minerales en muestra de mano, es habitualmente distinta de la densidad ideal qeu leerán en las tablas. de los mismos.

Esa diferencia es debida a la presencia de defectos estructurales en las redes de los cristales reales,  o a la presencia de impurezas varias, de modo que una ligera desviación respecto del valor que consulten en  los textos, no debe alarmarlos.

Por otra parte, deben tener en cuenta dos cosas: no arrojar el mineral descuidadamente en la probeta, porque pueden perder agua (destilada en lo posible) por salpicadura. Para evitar esto pueden enrasar el agua a cierta distancia por debajo del valor máximo o deslizar la muestra muuuuyyyyy cuidadosamente hacia adentro del líquido.

Y por último, fíjense que la muestra sea más o menos pura, sin otros minerales intrusos entremezclados.

¿Y cómo se calcula la densidad cuando se está en el campo o no se cuenta con  otro elemento que las propias manos?

En este caso, no se estará buscando un número correspondiente al valor de la densidad, sino simplemente un grupo al cual asignar el mineral en cuestión, dentro de estas tres posibilidades:

  • ligeros
  • normales
  • pesados

Con un poco de práctica se pueden establecer estas categorías simplemente sopesando los minerales con las manos, y les explico cómo.

El cuerpo tiene su propia memoria (memoria corporal le llamamos), y lo habrán comprobado más de una vez. Por ejemplo, cuando van a levantar un tarro de galletas, el cuerpo recurre a ese banco de memoria, y ejerce la fuerza que está acostumbrado a usar para levantar un cuerpo de ese peso que estima a priori.

Pero si el tarro está vacío, habrán experimentado esa “sorpresa” de la inconsistencia entre la fuerza aplicada y la de verdad requerida. A la inversa también pasa. Si en lugar de galletas, el tarro tuviera pepitas de oro (¡ojalá!,  :D), la fuerza les parecería insuficiente en el acto.

Según cuál sea el caso, podrán con las manos, establecer si su muestra es ligera, normal o pesada.

Si la encuentran normal, pueden pensar que la densidad se encuentra en el entorno de 2,5 a 2,9 g/cm³, que es la densidad de la mayoría de los minerales comunes. Si el mineral les pareció ligero, piensen en valores por debajo de eso, y a la inversa, por encima, si les pareció pesado.

Esa determinación será suficiente para recurrir luego a la consulta de las tablas de reconocimiento de minerales.

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Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela.

P.S.: La imagen que ilustra el post fue tomada de este sitio.

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