El mineral pirita ( / ˈp · aɪr · aɪt / PY -ryte ), [6] o pirita de hierro , también conocida como oro de los tontos , es un sulfuro de hierro con la fórmula química FeS2 (disulfuro de hierro (II)). La pirita es el mineral de sulfuro más abundante . [7]
El brillo metálico de la pirita y su tono amarillo latón pálido le dan un parecido superficial con el oro , de ahí el conocido apodo de oro de los tontos . El color también ha dado lugar a los apodos brass , brazzle y brazil , utilizados principalmente para referirse a la pirita que se encuentra en el carbón . [8] [9]
El nombre pirita se deriva del griego πυρίτης λίθος ( pyritēs lithos ), 'piedra o mineral que produce fuego', [10] a su vez de πῦρ ( pŷr ), 'fuego'. [11] En la época romana antigua, este nombre se aplicaba a varios tipos de piedra que creaban chispas cuando se golpeaban contra el acero ; Plinio el Viejo describió una de ellas como de color latón, casi con certeza una referencia a lo que ahora se llama pirita. [12]
En la época de Georgius Agricola , alrededor de 1550 , el término se había convertido en un término genérico para todos los minerales de sulfuro . [13]
La pirita se encuentra generalmente asociada con otros sulfuros u óxidos en vetas de cuarzo , rocas sedimentarias y rocas metamórficas , así como en lechos de carbón y como mineral de reemplazo en fósiles , pero también se ha identificado en las escleritas de gasterópodos de pie escamoso . [14] A pesar de ser apodada "oro de los tontos", la pirita a veces se encuentra asociada con pequeñas cantidades de oro. Una proporción sustancial del oro es "oro invisible" incorporado a la pirita (ver depósito de oro tipo Carlin ). Se ha sugerido que la presencia tanto de oro como de arsénico es un caso de sustitución acoplada , pero a partir de 1997 el estado químico del oro seguía siendo controvertido. [15]
La pirita ganó una breve popularidad en los siglos XVI y XVII como fuente de ignición en las primeras armas de fuego , en particular la llave de rueda , donde se colocaba una muestra de pirita contra una lima circular para producir las chispas necesarias para disparar el arma. [16]
La pirita se utiliza con pedernal y una forma de yesca hecha de corteza fibrosa por el pueblo Kaurna del sur de Australia , como un método tradicional para iniciar fuego. [17]
La pirita se ha utilizado desde la época clásica para fabricar sulfato ferroso ( copperas ). La pirita de hierro se amontonaba y se dejaba meteorizar (un ejemplo de una forma temprana de lixiviación en pilas ). El agua ácida que salía de la pila se hervía con hierro para producir sulfato de hierro. En el siglo XV, nuevos métodos de lixiviación comenzaron a reemplazar la quema de azufre como fuente de ácido sulfúrico . En el siglo XIX, se había convertido en el método dominante. [18]
La pirita sigue utilizándose comercialmente para la producción de dióxido de azufre , para su uso en aplicaciones como la industria papelera y en la fabricación de ácido sulfúrico. La descomposición térmica de la pirita en FeS ( sulfuro de hierro (II) ) y azufre elemental comienza a 540 °C (1004 °F); a alrededor de 700 °C (1292 °F), pS2 es de aproximadamente 1 atm . [19]
Un uso comercial más reciente de la pirita es como material de cátodo en las baterías de metal de litio no recargables de la marca Energizer . [20]
La pirita es un material semiconductor con un intervalo de banda de 0,95 eV . [21] La pirita pura es naturalmente de tipo n, tanto en forma de cristal como de película delgada, posiblemente debido a las vacantes de azufre en la estructura cristalina de la pirita que actúan como dopantes n. [22]
Durante los primeros años del siglo XX, la pirita se utilizó como detector de minerales en receptores de radio y todavía la utilizan los aficionados a la radio de cristal . Hasta que maduró el tubo de vacío , el detector de cristal era el detector más sensible y fiable disponible, con una variación considerable entre los tipos de minerales e incluso entre muestras individuales dentro de un tipo particular de mineral. Los detectores de pirita ocupaban un punto intermedio entre los detectores de galena y los pares de minerales perikon , más complicados mecánicamente . Los detectores de pirita pueden ser tan sensibles como un moderno detector de diodo de germanio 1N34A . [23] [24]
Se ha propuesto que la pirita es un material abundante, no tóxico y económico para paneles solares fotovoltaicos de bajo costo. [25] Se utilizó sulfuro de hierro sintético con sulfuro de cobre para crear el material fotovoltaico. [26] Se están realizando esfuerzos más recientes para lograr células solares de película delgada hechas completamente de pirita. [22]
La pirita se utiliza para hacer joyas de marcasita . La joyería de marcasita, que utiliza pequeñas piezas facetadas de pirita, a menudo engastadas en plata , se ha fabricado desde la antigüedad y fue popular en la era victoriana . [27] En la época en que el término se volvió común en la fabricación de joyas, "marcasita" se refería a todos los sulfuros de hierro, incluida la pirita, y no al mineral ortorrómbico FeS 2 marcasita , que es de color más claro, quebradizo y químicamente inestable y, por lo tanto, no es adecuado para la fabricación de joyas. Las joyas de marcasita en realidad no contienen el mineral marcasita. Los ejemplares de pirita, cuando aparecen como cristales de buena calidad, se utilizan en decoración. También son muy populares en el coleccionismo de minerales. Entre los sitios que proporcionan los mejores ejemplares se encuentran las provincias de Soria y La Rioja (España). [28]
En términos de valor, China (47 millones de dólares) constituye el mayor mercado de piritas de hierro sin tostar importadas en todo el mundo, representando el 65% de las importaciones mundiales. China también es el país con el crecimiento más rápido en términos de importaciones de piritas de hierro sin tostar, con una tasa compuesta anual de +27,8% entre 2007 y 2016. [29]
En julio de 2020, los científicos informaron que habían observado una transformación inducida por voltaje de pirita normalmente diamagnética en un material ferromagnético , lo que puede conducir a aplicaciones en dispositivos como células solares o almacenamiento de datos magnéticos. [30] [31]
Investigadores del Trinity College de Dublín (Irlanda) han demostrado que el FeS 2 se puede exfoliar en pocas capas, al igual que otros materiales laminares bidimensionales como el grafeno, mediante una sencilla ruta de exfoliación en fase líquida. Este es el primer estudio que demuestra la producción de plaquetas 2D sin capas a partir de FeS 2 tridimensional en masa . Además, han utilizado estas plaquetas 2D con un 20 % de nanotubos de carbono de pared simple como material de ánodo en baterías de iones de litio, alcanzando una capacidad de 1000 mAh/g cercana a la capacidad teórica del FeS 2 . [32]
En 2021, se trituró y pretrató una piedra de pirita natural, seguida de una exfoliación en fase líquida para obtener nanohojas bidimensionales, lo que mostró capacidades de 1200 mAh/g como ánodo en baterías de iones de litio. [33]
Desde la perspectiva de la química inorgánica clásica , que asigna estados de oxidación formales a cada átomo, la pirita y la marcasita probablemente se describen mejor como Fe 2+ [S 2 ] 2− . Este formalismo reconoce que los átomos de azufre en la pirita se presentan en pares con enlaces S–S claros. Estas unidades de persulfuro [ – S–S – ] pueden verse como derivadas del disulfuro de hidrógeno , H 2 S 2 . Por lo tanto, la pirita se llamaría de manera más descriptiva persulfuro de hierro, no disulfuro de hierro. Por el contrario, la molibdenita , Mo S 2 , presenta centros de sulfuro S 2− aislados y el estado de oxidación del molibdeno es Mo 4+ . El mineral arsenopirita tiene la fórmula Fe As S. Mientras que la pirita tiene unidades [S 2 ] 2– , la arsenopirita tiene unidades [AsS] 3– , derivadas formalmente de la desprotonación del arsenotiol (H 2 AsSH). El análisis de los estados de oxidación clásicos recomendaría la descripción de la arsenopirita como Fe 3+ [AsS] 3− . [34]
La pirita de hierro FeS 2 representa el compuesto prototipo de la estructura cristalográfica de la pirita. La estructura es cúbica y estuvo entre las primeras estructuras cristalinas resueltas por difracción de rayos X. [35] Pertenece al grupo espacial cristalográfico Pa 3 y se denota por la notación Strukturbericht C2. En condiciones termodinámicas estándar, la constante de red de la pirita de hierro estequiométrica FeS 2 es de 541,87 pm . [36] La celda unitaria está compuesta por una subred cúbica centrada en las caras de Fe en la que se encuentra el S
2Los iones están incrustados. (Tenga en cuenta, sin embargo, que los átomos de hierro en las caras no son equivalentes solo por traducción a los átomos de hierro en las esquinas). La estructura de pirita también se ve en otros compuestos MX 2 de metales de transición M y calcógenos X = O , S , Se y Te . También se sabe que ciertos dipnictidos con X representando P , As y Sb , etc. adoptan la estructura de pirita. [37]
Los átomos de Fe están unidos a seis átomos de S, lo que da lugar a un octaedro distorsionado. El material es un semiconductor . Los iones de Fe suelen considerarse en estado divalente de espín bajo (como se muestra mediante espectroscopia Mössbauer y XPS). El material en su conjunto se comporta como un paramagnético de Van Vleck , a pesar de su divalencia de espín bajo. [38]
Los centros de azufre se presentan en pares, descritos como S 2 2− . [39] La reducción de pirita con potasio produce ditioferrato de potasio , KFeS 2 . Este material presenta iones férricos y centros de sulfuro aislados (S 2- ).
Los átomos de S son tetraédricos, estando unidos a tres centros de Fe y a otro átomo de S. La simetría del sitio en las posiciones Fe y S se explica por los grupos de simetría puntual C 3 i y C 3 , respectivamente. La falta del centro de inversión en los sitios reticulares de S tiene consecuencias importantes para las propiedades cristalográficas y físicas de la pirita de hierro. Estas consecuencias se derivan del campo eléctrico cristalino activo en el sitio reticular del azufre, que causa una polarización de los iones S en la red de la pirita. [40] La polarización se puede calcular sobre la base de constantes de Madelung de orden superior y tiene que incluirse en el cálculo de la energía reticular utilizando un ciclo de Born-Haber generalizado . Esto refleja el hecho de que el enlace covalente en el par de azufre no se explica adecuadamente mediante un tratamiento estrictamente iónico. [41]
La arsenopirita tiene una estructura relacionada con pares heteroatómicos As–S en lugar de pares SS. La marcasita también posee pares de aniones homoatómicos, pero la disposición de los aniones metálicos y diatómicos difiere de la de la pirita. A pesar de su nombre, la calcopirita ( CuFeS
2) no contiene pares de dianiones, sino aniones sulfuro S 2− individuales .
La pirita suele formar cristales cuboides, que a veces se forman en estrecha asociación para formar masas con forma de frambuesa llamadas framboides . Sin embargo, en determinadas circunstancias, puede formar filamentos anastomosados o cristales en forma de T. [42] La pirita también puede formar formas casi iguales a un dodecaedro regular , conocidas como piritoedros, y esto sugiere una explicación para los modelos geométricos artificiales encontrados en Europa ya en el siglo V a. C. [43] [ aclaración necesaria ]
La cattierita ( Co S 2 ), la vaesita ( Ni S 2 ) y la hauerita ( Mn S 2 ), así como la esperrilita ( Pt As 2 ) son similares en su estructura y pertenecen también al grupo de la pirita.
La bravoita es una variedad de pirita que contiene níquel y cobalto, con más del 50 % de sustitución deFe2+por Ni2+en la pirita. La bravoita no es un mineral reconocido formalmente y recibe su nombre en honor al científico peruano José J. Bravo (1874-1928).[44]
La pirita se distingue del oro nativo por su dureza, fragilidad y forma cristalina. Las fracturas de la pirita son muy desiguales , a veces concoideas porque no se corta siguiendo un plano preferencial. Las pepitas de oro nativo , o destellos, no se rompen sino que se deforman de manera dúctil . La pirita es frágil, el oro es maleable.
El oro natural tiende a ser anhédrico (de forma irregular sin caras bien definidas), mientras que la pirita se presenta como cubos o cristales multifacéticos con caras bien desarrolladas y afiladas fáciles de reconocer. Los cristales de pirita bien cristalizados son euhedricos ( es decir , con caras bonitas). La pirita a menudo se puede distinguir por las estrías que, en muchos casos, se pueden ver en su superficie. La calcopirita ( CuFeS 2 ) es de color amarillo más brillante con un tono verdoso cuando está húmeda y es más blanda (3,5–4 en la escala de Mohs). [45] La arsenopirita (FeAsS) es de color blanco plateado y no se vuelve más amarilla cuando está húmeda.
La pirita de hierro es inestable cuando se expone a las condiciones oxidantes que prevalecen en la superficie de la Tierra: la pirita de hierro en contacto con el oxígeno atmosférico y el agua, o la humedad, finalmente se descompone en oxihidróxidos de hierro ( ferrihidrita , FeO(OH)) y ácido sulfúrico ( H
2ENTONCES
4). Este proceso se acelera por la acción de las bacterias Acidithiobacillus que oxidan la pirita para producir primero iones ferrosos ( Fe2+
), iones sulfato ( SO2−
4) y liberan protones ( H + , o H 3 O + ). En un segundo paso, los iones ferrosos ( Fe 2+
) se oxidan por O 2 en iones férricos ( Fe3+
) que se hidrolizan liberando también iones H + y produciendo FeO(OH). Estas reacciones de oxidación ocurren más rápidamente cuando la pirita está finamente dispersa (cristales framboidales formados inicialmente por bacterias reductoras de sulfato (SRB) en sedimentos arcillosos o polvo de operaciones mineras).
La oxidación de la pirita por el O 2 atmosférico en presencia de humedad ( H 2 O ) produce inicialmente iones ferrosos ( Fe2+
) y ácido sulfúrico que se disocia en iones de sulfato y protones , lo que produce el drenaje ácido de minas (AMD). Un ejemplo de drenaje ácido de roca causado por la pirita es el derrame de aguas residuales de la mina Gold King en 2015 .
La oxidación de la pirita es lo suficientemente exotérmica como para que las minas de carbón subterráneas en vetas de carbón con alto contenido de azufre hayan tenido ocasionalmente serios problemas de combustión espontánea . [47] La solución es el uso de granallado y el uso de diversos agentes de sellado o revestimiento para sellar herméticamente las áreas extraídas para excluir el oxígeno. [48]
En las minas de carbón modernas, se rocía polvo de piedra caliza sobre las superficies de carbón expuestas para reducir el riesgo de explosiones de polvo . Esto tiene el beneficio secundario de neutralizar el ácido liberado por la oxidación de la pirita y, por lo tanto, ralentizar el ciclo de oxidación descrito anteriormente, reduciendo así la probabilidad de combustión espontánea. Sin embargo, a largo plazo, la oxidación continúa y los sulfatos hidratados formados pueden ejercer una presión de cristalización que puede expandir las grietas en la roca y, eventualmente, provocar la caída del techo . [49]
La piedra de construcción que contiene pirita tiende a mancharse de color marrón a medida que la pirita se oxida. Este problema parece ser significativamente peor si hay marcasita presente. [50] La presencia de pirita en el agregado utilizado para hacer hormigón puede provocar un deterioro grave a medida que la pirita se oxida. [51] A principios de 2009, los problemas con los paneles de yeso chinos importados a los Estados Unidos después del huracán Katrina se atribuyeron a la oxidación de la pirita, seguida de una reducción microbiana de sulfato que liberó gas de sulfuro de hidrógeno ( H 2 S ). Estos problemas incluían un olor desagradable y corrosión del cableado de cobre . [52] En los Estados Unidos, en Canadá, [53] y más recientemente en Irlanda, [54] [55] [56] donde se utilizó como relleno debajo del piso, la contaminación con pirita ha causado daños estructurales importantes. El hormigón expuesto a iones de sulfato o ácido sulfúrico se degrada por ataque de sulfatos : la formación de fases minerales expansivas, como la etringita (pequeños cristales en forma de aguja que ejercen una enorme presión de cristalización dentro de los poros del hormigón) y el yeso, crea fuerzas de tracción internas en la matriz del hormigón que destruyen la pasta de cemento endurecida , forman grietas y fisuras en el hormigón y pueden conducir a la ruina definitiva de la estructura. Las pruebas normalizadas para agregados de construcción [57] certifican que dichos materiales están libres de pirita o marcasita.
La pirita es el mineral de sulfuro más común y se encuentra ampliamente distribuida en rocas ígneas, metamórficas y sedimentarias. Es un mineral accesorio común en rocas ígneas, donde también se presenta ocasionalmente como masas más grandes que surgen de una fase de sulfuro inmiscible en el magma original. Se encuentra en rocas metamórficas como producto del metamorfismo de contacto . También se forma como un mineral hidrotermal de alta temperatura , aunque ocasionalmente se forma a temperaturas más bajas. [2]
La pirita se presenta tanto como mineral primario, presente en los sedimentos originales, como mineral secundario, depositado durante la diagénesis . [2] La pirita y la marcasita se presentan comúnmente como pseudomorfos de reemplazo después de fósiles en pizarra negra y otras rocas sedimentarias formadas bajo condiciones ambientales reductoras . [58] La pirita es común como mineral accesorio en la pizarra, donde se forma por precipitación de agua de mar anóxica, y los lechos de carbón a menudo contienen pirita significativa. [59]
Se encuentran importantes depósitos en forma de masas lenticulares en Virginia (EE. UU.) y en cantidades más pequeñas en muchos otros lugares. Se explotan grandes depósitos en Rio Tinto (España) y en otros lugares de la península Ibérica. [60]
En las creencias del pueblo tailandés (especialmente los del sur), la pirita se conoce como Khao tok Phra Ruang , Khao khon bat Phra Ruang (ข้าวตอกพระร่วง, ข้าวก้นบาตรพ ระร่วง) o Phet na tang , Hin na tang (เพชรหน้าทั่ง , หินหน้าทั่ง). Se cree que es un objeto sagrado que tiene el poder de prevenir el mal, la magia negra o los demonios. [61] [62]
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