Yeso

El yeso es un mineral de sulfato blando compuesto de sulfato de calcio dihidratado, con la fórmula química CaSO₄·2H₂O. Se extrae ampliamente y se usa como fertilizante y como componente principal en muchas formas de yeso, pizarra o tiza para aceras y paneles de yeso. El alabastro, una variedad de yeso blanco o ligeramente teñido de grano fino, ha sido utilizado para la escultura por muchas culturas, incluido el Antiguo Egipto, Mesopotamia, la Antigua Roma, el Imperio Bizantino y los alabastros de Nottingham de la Inglaterra medieval. El yeso también cristaliza como cristales translúcidos de selenita. Se forma como un mineral evaporítico y como un producto de hidratación de la anhidrita.

La escala de dureza mineral de Mohs define el yeso como un valor de dureza 2 basado en la comparación de la dureza al rayado.

Etimología e historia

La palabra yeso se deriva de la palabra griega γύψος (gypsos), "yeso". Debido a que las canteras del distrito de Montmartre de París han proporcionado durante mucho tiempo yeso quemado (yeso calcinado) utilizado para diversos fines, este yeso deshidratado se conoció como yeso de París. Al agregar agua, después de unas pocas docenas de minutos, el yeso de París se convierte nuevamente en yeso normal (dihidrato), lo que hace que el material se endurezca o "fije" en formas que son útiles para la fundición y la construcción.

El yeso se conocía en inglés antiguo como spærstān, "piedra de lanza", refiriéndose a sus proyecciones cristalinas. (Por lo tanto, la palabra espato en mineralogía es a modo de comparación con yeso, refiriéndose a cualquier mineral o cristal que no sea mineral que se forme en proyecciones en forma de lanza). A mediados del siglo XVIII, el clérigo y agricultor alemán Johann Friderich Mayer investigó y publicitó el uso del yeso como fertilizante. El yeso puede actuar como una fuente de azufre para el crecimiento de las plantas y, a principios del siglo XIX, se consideraba un fertilizante casi milagroso. Los agricultores estadounidenses estaban tan ansiosos por adquirirlo que se desarrolló un comercio de contrabando animado con Nueva Escocia, lo que resultó en la llamada "Guerra del yeso" de 1820.

Propiedades físicas

Los cristales Gypsum son lo suficientemente suaves para doblarse bajo presión de la mano. Muestra en exposición en el Musée cantonal de géologie de Lausanne.

El yeso es moderadamente soluble en agua (~2,0–2,5 g/L a 25 °C) y, a diferencia de la mayoría de las otras sales, exhibe una solubilidad retrógrada, volviéndose menos soluble a temperaturas más altas. Cuando el yeso se calienta en el aire, pierde agua y se convierte primero en sulfato de calcio semihidratado (bassanita, a menudo llamado simplemente "yeso") y, si se calienta más, en sulfato de calcio anhidro (anhidrita). Al igual que con la anhidrita, la solubilidad del yeso en soluciones salinas y en salmuera también depende en gran medida de la concentración de NaCl (sal de mesa común).

La estructura del yeso consiste en capas de calcio (Ca²⁺) y sulfato (SO2−4) iones estrechamente unidos. Estas capas están unidas por láminas de moléculas de agua de anión a través de enlaces de hidrógeno más débiles, lo que le da al cristal una división perfecta a lo largo de las láminas (en el plano {010}).

Variedades de cristal

El yeso se presenta en la naturaleza como cristales aplanados y, a menudo, maclados, y masas transparentes y escindibles llamadas selenita. Selenite no contiene selenio significativo; más bien, ambas sustancias recibieron el nombre de la antigua palabra griega para la Luna.

La selenita también puede presentarse en una forma sedosa y fibrosa, en cuyo caso se denomina comúnmente "espato satinado". Finalmente, también puede ser granular o bastante compacto. En muestras del tamaño de una mano, puede ser desde transparente hasta opaco. Una variedad de yeso blanco o ligeramente teñido de grano muy fino, llamada alabastro, es apreciada para trabajos ornamentales de varios tipos. En áreas áridas, el yeso puede presentarse en forma de flor, generalmente opaca, con granos de arena incrustados llamados rosa del desierto. También forma algunos de los cristales más grandes que se encuentran en la naturaleza, de hasta 12 m (39 pies) de largo, en forma de selenita.

Ocurrencia

El yeso es un mineral común, con lechos de evaporita gruesos y extensos en asociación con rocas sedimentarias. Se sabe que los depósitos ocurren en estratos desde el eón Arcaico. El yeso se deposita en el agua de los lagos y del mar, así como en las fuentes termales, de los vapores volcánicos y de las soluciones de sulfato en las venas. La anhidrita hidrotermal en las vetas es comúnmente hidratada a yeso por el agua subterránea en exposiciones cercanas a la superficie. A menudo se asocia con los minerales halita y azufre. El yeso es el mineral de sulfato más común. El yeso puro es blanco, pero otras sustancias que se encuentran como impurezas pueden dar una amplia gama de colores a los depósitos locales.

Debido a que el yeso se disuelve con el tiempo en el agua, rara vez se encuentra en forma de arena. Sin embargo, las condiciones únicas del Parque Nacional White Sands en el estado estadounidense de Nuevo México han creado una extensión de 710 km² (270 sq mi) de arena blanca de yeso, suficiente para abastecer a la industria de la construcción de EE. UU. paneles de yeso durante 1.000 años. La explotación comercial del área, a la que se opusieron firmemente los residentes del área, se impidió permanentemente en 1933 cuando el presidente Herbert Hoover declaró las dunas de yeso monumento nacional protegido.

El yeso también se forma como subproducto de la oxidación de sulfuros, entre otros por oxidación de pirita, cuando el ácido sulfúrico generado reacciona con el carbonato de calcio. Su presencia indica condiciones oxidantes. En condiciones reductoras, los sulfatos que contiene pueden reducirse nuevamente a sulfuro mediante bacterias reductoras de sulfato. Esto puede conducir a la acumulación de azufre elemental en formaciones que contienen petróleo, como domos de sal, donde se puede extraer utilizando el proceso Frasch. Las centrales eléctricas que queman carbón con desulfuración de gases de combustión producen grandes cantidades de yeso como subproducto de los lavadores.

Imágenes orbitales del Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) han indicado la existencia de dunas de yeso en la región polar norte de Marte, que luego fueron confirmadas a nivel del suelo por el Mars Exploration Rover (MER) Opportunity.

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  Grandes cristales de yeso en el "salón más bonito" de Lechuguilla Cave

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  Cristales Gypsum en la Cueva de los Cristales en México (persona a la derecha inferior para escala)

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  Cristales Gypsum formados como el agua se evapora en el lago Lucero, Parque Nacional de las Arenas Blancas

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  Las venas de Gypsum en las silencias/marls de Tea Green y Grey Marls, Blue Anchor, Somerset, Reino Unido

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  Gamas de yeso en Caprock Canyons State Park y Trailway, Texas

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  Dunas de cristales pequeños de yeso, Parque Nacional de Sands Blancas

Minería

Se encuentran cantidades comerciales de yeso en las ciudades de Araripina y Grajaú en Brasil; en Pakistán, Jamaica, Irán (segundo productor mundial), Tailandia, España (principal productor de Europa), Alemania, Italia, Inglaterra, Irlanda, Canadá y Estados Unidos. Las grandes canteras a cielo abierto se encuentran en muchos lugares, incluidos Fort Dodge, Iowa, que se asienta sobre uno de los depósitos de yeso más grandes del mundo, y Plaster City, California, Estados Unidos, y East Kutai, Kalimantan, Indonesia. También existen varias minas pequeñas en lugares como Kalannie en Australia Occidental, donde el yeso se vende a compradores privados para agregar calcio y azufre, así como para reducir las toxicidades del aluminio en el suelo con fines agrícolas.

Se han encontrado cristales de yeso de hasta 11 m (36 pies) de largo en las cuevas de la mina Naica de Chihuahua, México. Los cristales prosperaron en el entorno natural extremadamente raro y estable de la cueva. Las temperaturas se mantuvieron en 58 °C (136 °F) y la cueva se llenó de agua rica en minerales que hizo que los cristales ' crecimiento. El más grande de esos cristales pesa 55 toneladas (61 toneladas cortas) y tiene alrededor de 500.000 años.

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  Cristales de yeso dorado de Winnipeg

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  Arena Gypsum del Parque Nacional de Arenas Blancas, Nuevo México

Síntesis

El yeso sintético se produce como producto de desecho o subproducto en una variedad de procesos industriales.

Desulfuración

El yeso de desulfuración de gases de combustión (FGDG) se recupera en algunas centrales eléctricas de carbón. Los principales contaminantes son Mg, K, Cl, F, B, Al, Fe, Si y Se. Provienen tanto de la piedra caliza utilizada en la desulfuración como del carbón quemado. Este producto es lo suficientemente puro para reemplazar el yeso natural en una amplia variedad de campos, incluidos paneles de yeso, tratamiento de agua y retardador de fraguado de cemento. Las mejoras en la desulfuración de gases de combustión han reducido en gran medida la cantidad de elementos tóxicos presentes.

Desaladora

El yeso se precipita sobre las membranas de agua salobre, un fenómeno conocido como incrustación de sales minerales, como ocurre durante la desalinización de agua salobre con altas concentraciones de calcio y sulfato. La incrustación reduce la vida útil y la productividad de la membrana. Este es uno de los principales obstáculos en los procesos de desalinización por membrana de agua salobre, como la ósmosis inversa o la nanofiltración. Otras formas de formación de incrustaciones, como la formación de incrustaciones de calcita, según la fuente de agua, también pueden ser consideraciones importantes en la destilación, así como en los intercambiadores de calor, donde la solubilidad o la concentración de la sal pueden cambiar rápidamente.

Un nuevo estudio ha sugerido que la formación de yeso comienza como pequeños cristales de un mineral llamado bassanita (CaSO₄ ·0.5H₂O). Este proceso ocurre a través de una vía de tres etapas:

1. nucleación homogénea de la baseanita nanocristalina;
2. auto-assembly of bassanite into aggregates, and
3. transformación de bassanita en yeso.

Residuos de refinería

La producción de fertilizantes de fosfato requiere descomponer la roca de fosfato que contiene calcio con ácido, lo que produce desechos de sulfato de calcio conocidos como fosfoyeso (PG). Esta forma de yeso está contaminada por impurezas que se encuentran en la roca, a saber, fluoruro, sílice, elementos radiactivos como el radio y elementos de metales pesados como el cadmio. De manera similar, la producción de dióxido de titanio produce yeso de titanio (TG) debido a la neutralización del exceso de ácido con cal. El producto está contaminado con sílice, fluoruros, materias orgánicas y álcalis.

Las impurezas en los residuos de yeso de refinería han impedido, en muchos casos, que se utilicen como yeso normal en campos como la construcción. Como resultado, el yeso de desecho se almacena en pilas indefinidamente, con un riesgo significativo de filtrar sus contaminantes al agua y al suelo. Para reducir la acumulación y, en última instancia, eliminar estas pilas, se están realizando investigaciones para encontrar más aplicaciones para dichos productos de desecho.

Seguridad laboral

Las personas pueden estar expuestas al yeso en el lugar de trabajo al inhalarlo, al entrar en contacto con la piel y con los ojos. El sulfato de calcio per se no es tóxico e incluso está aprobado como aditivo alimentario, pero como yeso en polvo, puede irritar la piel y las membranas mucosas.

Estados Unidos

La Administración de Salud y Seguridad Ocupacional (OSHA) ha establecido el límite legal (límite de exposición permisible) para la exposición al yeso en el lugar de trabajo como TWA 15 mg/m³ para la exposición total y TWA 5 mg/ m³ para exposición respiratoria durante una jornada laboral de 8 horas. El Instituto Nacional para la Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) ha establecido un límite de exposición recomendado (REL) de TWA de 10 mg/m³ para la exposición total y TWA de 5 mg/m³ por exposición respiratoria durante una jornada laboral de 8 horas.

Usos

Gypsum trabaja, Museo Valenciano de Etnología

Mapa de depósitos de yeso en el norte Ohio, cuadrados negros indican la ubicación de los depósitos, desde "Geografía de Ohio", 1923

El yeso se utiliza en una amplia variedad de aplicaciones:

Industria de la construcción

• El tablero Gypsum se utiliza principalmente como un acabado para paredes y techos, y se conoce en la construcción como plasterboard, "sheetrock", o drywall. Gypsum proporciona un grado de resistencia al fuego a estos materiales y fibras de vidrio se añaden a su composición para acentuar este efecto. Gypsum tiene poca conductividad térmica, dando a su yeso algunas propiedades aislantes.
• Los bloques Gypsum se utilizan como bloques de hormigón en la construcción de edificios.
• El mortero Gypsum es un mortero antiguo utilizado en la construcción de edificios.
• Un componente de cemento Portland utilizado para prevenir el ajuste flash (demasiado rápido endurecimiento) de hormigón.

Agricultura

• Fertilizante: A finales del siglo XVIII y principios del XIX, el yeso de Nueva Escocia, a menudo llamado yeso, era un fertilizante muy buscado para campos de trigo en los Estados Unidos. Gypsum proporciona dos de los macronutrientes de planta secundaria, calcio y azufre. A diferencia de la piedra caliza, generalmente no afecta al suelo pH.
• Reclamación de suelos salinos, independientemente del pH. Cuando se añade yeso a suelos sódicos (saline) y ácidos, la forma altamente soluble de borón (metaboato de sodio) se convierte en el metaboato de calcio menos soluble. El porcentaje de sodio intercambiable también se reduce por aplicación de yeso. El Zuiderzee Works utiliza yeso para la tierra recuperada.
• Otros usos del acondicionador del suelo: Gypsum reduce la toxicidad del aluminio y el borón en suelos ácidos. También mejora la estructura del suelo, mejorando la absorción del agua y la aeración.
• Un sustituto de la madera en el mundo antiguo: Por ejemplo, cuando la madera se hizo escasa debido a la deforestación en la Edad de Bronce Creta, se empleó yeso en la construcción de edificios en lugares donde la madera se utilizaba anteriormente.
• Monitoreo potencial de agua del suelo: un bloque de yeso se puede insertar en el suelo, su resistencia eléctrica medida para derivar la humedad del suelo.

Modelismo, escultura y arte

• Plaster para moldes de fundición y modelado.
• Como alabastro, un material para la escultura, se utilizó especialmente en el mundo antiguo antes de que se desarrollara el acero, cuando su relativa suavidad hizo mucho más fácil de tallar. Durante la Edad Media y el Renacimiento, se prefirió incluso al mármol.
• En el período medieval, los escribas e iluminadores lo utilizaron como ingrediente en gesso, que fue aplicado a letras iluminadas y doradas con oro en manuscritos iluminados.

Comida y bebida

• Un coagulante de tofu (soy bean curd), lo que en última instancia es una fuente significativa de calcio dietético.
• Añadiendo dureza al agua utilizada para la elaboración.
• Se utiliza en hornear como acondicionador de masa, reduciendo la pegatina, y como una fuente de calcio dietético de bien horneado. El componente principal de la levadura mineral.
• Se utiliza en cultivo de hongos para evitar que los granos se aglomeren.

Medicina y cosmética

• Plaster para los splints quirúrgicos.
• Placas de impresion en dentista.

Otro

• Una alternativa al óxido de hierro en algunas mezclas termitas.
• Los exámenes han demostrado que el yeso puede utilizarse para eliminar contaminantes como plomo o arsénico de aguas contaminadas.

Galería

• Especímenes de yeso inusuales de todo el mundo
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  Cristales de yeso verde de Pernatty Lagoon, Mt Gunson, Australia del Sur - su color verde se debe a la presencia de iones de cobre.

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  Unusual selenite gypsum del Río Rojo, Winnipeg, Manitoba, Canadá

• Gypsum clásico "cuerno deram" de Santa Eulalia, Chihuahua, México, 7.5×4.3×3.8 cm

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  Rosa del desierto, 47 cm de largo

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  Gypsum from Pernatty Lagoon, Mt Gunson, Stuart Shelf area, Andamooka Ranges - Lake Torrens area, South Australia, Australia

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  Gypsum con cobre nativo cristalino dentro

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  Gypsum de Swan Hill, Victoria, Australia. La coloración se debe al óxido de cobre

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  Cristal amarillento de la forma conocida como "palabra romana". Fuentes de Ebro, Zaragoza (España)

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  Cristales brillantes de yeso rojo cereza 2,5 cm de altura coloreados por ricas inclusiones del mineral raro botryogen

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  Gypsum de Naica, Mun. de Saucillo, Chihuahua, México

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  gema de color dorado, cristales de cola de pez de yeso sentados sobre un "ballo" de yeso que se compone de varios cristales de hoja única