Elementos nativos
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Se consideran Elementos Nativos las sustancias simples o compuestas en las que los elementos presentan estado de oxidación 0. Estos elementos pueden ser metálicos, semimetálicos y no metálicos.
Sumario
Propiedades generales
Las sustancias químicas pueden ser simples o compuestas. Son sustancias simples las que están constituidas por un elemento químico y son sustancias compuestas (compuestos) las que contienen más de un elemento químico. Por lo general, en las sustancias simples los elementos se presentan en estado de oxidación 0, mientras que en las sustancias compuestas los elementos suelen tener estados de oxidación diferentes de 0. Sin embargo, hay sustancias compuestas que contienen más de un elemento, pero todos ellos en estado de oxidación 0, este es el caso de las aleaciones o combinaciones de metales.
Se han encontrado, hasta ahora, en la Corteza Terrestre 30 elementos químicos en estado nativo, es decir, en estado de oxidación 0. La mayor parte de estos elementos son metales, aunque pueden encontrarse sin dificultad ciertos elementos, como el azufre y el grafito.
La importancia de tales elementos frente al resto de las sustancias minerales es pequeña, ya que constituyen no más del 0.15% de la masa de la Corteza Terrestre.
La mayor parte de los Elementos Nativos se encuentran en estado sólido, pero hay algunos líquidos, como el mercurio y elementos gaseosos como los gases nobles, el oxígeno y el nitrógeno que se encuentran en la atmósfera. Algunos autores no consideran minerales a las sustancias que no sean sólidas, pero la tendencia general es la de considerarlos sustancias minerales.
Los elementos nativos pueden ser metálicos, semimetálicos y no metálicos, cada tipo posee diferentes características, tanto químicas, como físicas.
Las características generales de los elementos metálicos se resumen en los puntos siguientes:
- Densidades elevadas.
- Brillo y aspecto metálico.
- Color blanco o gris, salvo excepciones, como el cobre y el oro.
- Elevada conductividad térmica y eléctrica.
- Índices de refracción elevados, salvo el oro, la plata y el cobre.
- Los que poseen índices de coordinación 12 son blandos, maleables y no exfoliables.
- Suelen cristalizar en el sistema cúbico.
- Son muy frecuentes las sustituciones isomorfas, en donde un átomo se sustituye por otro de tamaño parecido.
Las características generales de los elementos metálicos y no metálicos se resumen en los puntos siguientes:
- La densidad no suele ser muy elevada.
- Si tienen brillo metálico, es poco intenso. Los elementos no metálicos presentan brillo variado.
- Son frágiles. Suelen ser más o menos exfoliables.
- No suelen cristalizar en el sistema cúbico, pero si lo hacen, las redes están deformadas.
- Los semimetales nativos (metaloides) poseen enlaces con carácter mixto iónico-covalente.
- Dentro de un grupo, el carácter metálico aumenta cuando se hace mayor el número atómico.
Grupo del Oro
Los elementos de este grupo presentan propiedades físicas y químicas muy parecidas, dada su situación en el sistema periódico. Por lo general, son bastante inertes, lo cual permite su existencia en la naturaleza como tales elementos. El cobre y el plomo son algo más reactivos y forman muchos minerales.
Todos los componentes del grupo del oro cristalizan normalmente en el sistema cúbico, formando estructuras cristalinas con enlaces débiles. Las redes son cúbicas centradas en las caras, con átomos idénticos en coordinación 12.
Propiedades físicas y características
- Son blandos, maleables, dúctiles, séctiles.
- Presentan brillo metálico, salvo alteraciones, más o menos superficiales, como ocurre con el cobre que se carbonata y se oxida al aire.
- Presentan bajos puntos de fusión, como consecuencia de la debilidad de sus enlaces: Au (1064.4ºC), Ag (961.9ºC), Cu (1083.4ºC), Pb (327.5ºC).
- Por presentar sus átomos un empaquetamiento hexagonal compacto, tienen densidades altas: Au (19,3 g/cc), Ag (10.5 g/cc), Cu (8.9 g/cc), Pb (11.4 g/cc).
Al tener radios atómicos parecidos (aproximadamente 1.44 Å), el oro y la plata pueden formar soluciones sólidas, mezclándose totalmente. El electrum es una aleación de Au y Ag.
Grupo del Hierro
En este grupo también hay elementos con tamaño atómico parecido. Se trata del hierro y del níquel, cuyos radios atómicos son próximos a 1.24 Å, lo cual permite la existencia de aleaciones de ferroníquel, de las cuales las más conocidas son la kamacita (<6% de Ni) y la taenita (entre 15 y 40% de Ni). Estos materiales se han detectado en numerosos meteoritos (sideritos).
Grupo del Azufre
Aunque se conocen en la naturaleza tres formas alotrópicas del azufre y se han logrado preparar tres más en el laboratorio, realmente sólo es abundante la forma alfa o rómbica, en donde se presenta una disposición cíclica de 8 átomos unidos por enlaces covalentes. Cuando se funde el azufre rómbico y se deja cristalizar aparecen cristales aciculares monoclínicos.
Grupo del Carbono
Se conocen dos formas cristalinas naturales del carbono, el grafito y el diamante. Entre ambas especies existen grandes diferencias, como puede deducirse de las consideraciones siguientes:
- Diamante: Puede presentar muchos colores, dependiendo de las impurezas, pero los diamantes más apreciados, desde el punto de vista gemológico, son los incoloros y transparentes. La raya es blanca y el brillo adamantino. Presenta una gran dureza (10 en la escala de Mohs), aunque es frágil. La exfoliación es perfecta y la fractura concoidea. Cristaliza en el sistema cúbico (a=3.5667), pudiendo ser los cristales octaédricos o, más raramente, [dodecaédricos], cúbicos y [tetraédricos]. La densidad es de 3.5 gr/c.c.
- Grafito: El color es negro o gris. La raya es negra y la huella también. El brillo es semimetálico a mate. Es muy blando y untuoso al tacto. La exfoliación es perfecta en una dirección. Las láminas son flexibles. Cristaliza en el sistema hexagonal (a=2.464 y c=6.736). La densidad es próxima a 2.15 gr/c.c.
Aplicaciones
Al tratarse de minerales raros y escasos, salvo excepciones, como el grafito y el azufre, no suelen emplearse para fines industriales. Los elementos pueden extraerse de otros minerales más abundantes, como sulfuros, óxidos, halogenuros y [oxisales]. Sin embargo, ciertos elementos se explotan en estado elemental.
- Diamante: Aunque se pueden preparar diamantes en el laboratorio desde hace algún tiempo, en Gemología se consideran sólo los naturales, mientras que los sintéticos presentan diversas aplicaciones industriales (abrasivos, cortadoras, pulidoras, etc.).
- Grafito: Es un mineral relativamente abundante, que se explota para la fabricación de lubricantes sólidos, refractarios y hornos, escobillas de motores, lapiceros, etc.
- Azufre: Es también un mineral abundante que se conoce desde tiempos muy antiguos. Presenta diversas aplicaciones en la industria química, como la fabricación de ácido sulfúrico (aunque se usan más las piritas), productos para la agricultura, [vulcanización] de cauchos y en las industrias textiles y papeleras.
- Platino: Es un metal muy apreciado por sus características químicas, ya que es muy inerte ante los ácidos y resistente al calor (funde a 1772ºC), por ello se emplea en la fabricación de material de laboratorio y de cirugía de gran resistencia química y térmica. Interviene como catalizador en numerosos procesos químicos. Algunos compuestos organometálicos de platino presentan comportamiento antitumoral. Su gran conductividad eléctrica le da aplicaciones en electrónica. Muchas veces se emplea aleado con otros metales nobles. Es también muy apreciado en joyería. Sin embargo, no es frecuente encontrarlo en estado nativo y suele estar muy diseminado.
- Oro: Junto con el cobre, fue uno de los elementos que primero se conoció. Por sus propiedades físicas y químicas se le conoce como "rey de los metales". Resiste bien la acción de los ácidos (incluido el ácido sulfúrico concentrado caliente), menos el agua regia (llamado así por atacar al "rey de los metales"). El número de aplicaciones es muy grande, aunque las más conocidas derivan de su valor económico (Joyería y ornamentación, patrón monetario, etc.). Sin embargo, también se usa en Odontología (aleado con platino, plata o cobre), Electrónica (buen conductor eléctrico), fabricación de pan de oro, medicinas (oro coloidal), etc.
- Plata: Aunque aparece en estado nativo, son mucho más abundantes sus sales, pues es algo menos resistente que el oro y se altera superficialmente, ennegreciéndose. Por ello gran parte de la plata que se usa proviene de la metalurgia de otros metales (galenas argentíferas, etc.). Además de su uso en joyería y ornamentación, tiene algunas aplicaciones parecidas a las del oro. Sus compuestos presentan también un amplio rango de aplicaciones.
