Tema 03 La matria mineral i la matria cristallina. Propietats i mtodes destudi

1. La matria mineral. Definici de mineral. Tipus denlla: inic, metllic, covalent, Van der Waals. El principi de coordinaci. Tipus de coordinaci: cbica compacta, hexagonal compacta, cbica, octadrica, tetradrica, triangular i lineal.

2. La matria cristallina Definici de cristall. Diferncies entre slid cristall slid amorf. Propietats de la matria cristallina: periodicitat i homogenetat. Xarxes cristallines. Parmetres cristallogrfics. Xarxes de Bravais. Cella elemental. Elements de simetria: eixos, plans i centre. Classes de simetria i sistemes cristallogrfics.

3. Isomorfisme i polimorfisme. Definici i exemples de minerals.

4. Propietats fsiques dels minerals. Hbits i agregats cristallins. Punt de fusi. Exfoliaci, partici i fractura. Duresa. Escala de Mohs. Tenacitat: fragilitat, malleabilitat, sectilitat, ductilitat, flexibilitat i elasticitat. Pes especfic. Brillantor: metllica, no metllica (vtria, resinosa, nacrada, grassa, sedosa, adamantina) Color. Dicrosme i pleocrosme. Minerals idiocromtics i allocromtics. Ratlla. Luminescncia: fluorescncia, fosforescncia, termoluminescncia, triboluminescncia. Propietats elctriques i magntiques. Conductivitat. Piezoelectricitat. Piroelectricitat. Magnetisme.

5. Els mtodes dinvestigaci Raigs X: mtode de la difracci (lauegrames), mtode de Bragg, mtode del cristall giratori. Llum polaritzada. ndex de refracci. Birefringncia. Eixos ptics: minerals unixics i bixics. Mi-croscopi petrogrfic: polaritzador i analitzador. Nicols parallels i creuats. Colors

LA MATRIA MINERAL

Totes les roques que constitueixen lescora terrestre es componen dun o ms minerals. Aquests minerals sn formats per matria inorgnica, composta de molcules senzilles que sn agrupacions dtoms diversos. Aquest tipus de matria, quan sescalfa, experimenta canvis reversibles. Aix, per exemple, les roques i els metalls es fonen, laigua sevapora o la sal es dissol. Per quan es refreden, condensa o precipita, respectivament, es recupera la matria amb totes les seves caracterstiques originals. En canvi, els essers vius estan formats fonamentalment per matria orgnica, constituda per molcules complexes. Aquesta matria, quan sescalfa, pateix canvis irreversibles.

Sanomena mineral qualsevol slid natural inorgnic que es presenta en estat cristall i que t una composici qumica determinada.

Les forces que uneixen els toms components dels minerals tenen naturalesa elctrica i la classe i intensitat daquestes forces tenen gran importncia com a determinants de les propietats fsiques i qumiques dels minerals.

Quan ions de crregues contrries suneixen per formar una estructura cristallina en la qual predominen forces denlla inic, cada i tendeix a coordinar tants ions de signe contrari com li permet la seva grandria. Poden considerar-se els ions com esferes en contacte. Els ions coordinats sagrupen al voltant de li central coordinador, de tal manera, que els seus centres ocupen els vrtex dun poledre regular. Aix cada cati es troba al centre dun poledre de coordinaci danions. El nmero danions en el poledre s el Nombre de Coordinaci. Aquest, ve determinat per la relaci existent entre els radis dels ions i pel fet que el nmero total dions de totes les classes ha de ser tal que el cristall ha de ser elctricament neutre. La geometria de la coordinaci depn de les grandries

ABA:

ABC:

b b a a a

b

b 60o a

ba

6

6

_ 111 __ 111

111 _ 111

001

011 _ 111 101 111

101

011

_ 110 100 110

010

_110 _ 101 110 _ 011__ 111

_ 101

_ 111

_ 011

Durant la formaci de la forsterita (SiO4Mg2), li Mg++ pot ser substitut per li Fe++. Es forma aix un mineral (olivina) que cont ions de Mg++ i de Fe++ [SiO4(MgFe)], existint varietats riques en Mg (forsterita) o en Fe (faialita).

Stishovite10

Pressure (GPa)

8

6

Coesite

4

2

- quartz - quartzCristobalite Tridymite600 1000 1400 1800o

Liquid

2200

2600

Temperature C

Propietats fsiques dels minerals

Hbits i agregats cristallins.L'hbit s el desenvolupament relatiu del conjunt de cares d'un cristall i depn de les seves condicions de creixement. Un mateix mineral pot presentar diversos hbits depenent de les condicions en qu hagi crescut.

Punt de fusi.s una propietat escalar que depn del tipus de xarxa del mineral, i de la quantitat d impureses que aquest pot tenir. La calor especfica de qualsevol mineral s sempre menor que el de laigua. Es fa servir lescala de Kobell:

1 (Antimoni) fon amb la flama duna espelma; 2 (Calcopirita), fon amb la flama Bunsen; 3 (Granat), amb el bufador; 4 (Actinolita), un tros punxegut amb el bufador; 5 (Ortosa), sarrodoneixen les seves arestes amb el bufador; 6 (Bronzita), noms fonen amb el bufador algunes estelles; 7 (Quars), infusible.

ExfoliaciSi un mineral, al aplicar la fora necessria, es trenca de manera que deixa dues superfcies planes, es diu que posseeix una exfoliaci. Les superfcies dexfoliaci sn sempre paralleles a cares reals o possibles del cristall, i normalment tenen ndex senzills. Pot ser perfecta, com en el cas, de la mica, o ms o menys definida, com en el cas del berille i la apatita.

En alguns minerals est completament absent. Lexfoliaci depn de la estructura cristallina i t lloc noms parallelament a plans atmics. Si una famlia de plans atmics posseeix una fora duni entre ells dbil, s probable que lexfoliaci tingui lloc per aquests plans. Aquesta debilitat pot ser el resultat dun tipus de enlla dbil, dun major espaiat reticular entre els plans, o duna combinaci dambds. El grafit t una exfoliaci en forma laminar. Dintre de les lmines existeixen forts enllaos, per en direcci perpendicular a les lmines existeixen enllaos dbils que donen lloc a la exfoliaci. Un enlla dbil va acompanyat usualment dun espaiat interplanar gran, ja que les forces atractives no poden sostenir els plans molt prxims. El diamant noms t un tipus de enlla, i la seva excellent exfoliaci t lloc per aquells plans atmics que tenen el mxim espaiat interplanar.

Cbica (halita)

Rombodrica (calcita)

Octadrica (fluorita)

Laminar (mica)

ParticiCerts minerals, quan estan sotmesos a tensi o a pressi, desenvolupen plans de debilitat estructural parallels als cristallogrfics de rotaci, al llarg dels quals poden desprs trencar-se. Els cristalls maclats, especialment els polisinttics, poden separar-se fcilment al llarg dels plans de composici. Quan en un mineral es produeixen superfcies planes per trencament al llarg dalg daquests plans predeterminats, es diu que t partici. El fenomen se sembla a lexfoliaci, per es distingeix della pel fet de que no lexhibiran tots els exemplars dun determinat mineral, sin noms aquells que estan maclats o hagin estat sotmesos a una pressi apropiada. Fins i tot en aquests exemples hi ha noms un cert nombre de plans segons els quals el mineral es trenca. Per exemple, els cristalls maclats es parteixen al llarg dels plans de composici, per entre aquests plans la fractura s irregular.

Partici rombodrica del corind

FracturaPer fractura dun mineral se entn la manera com es trenca quan no sexfolia o parteix. Pot ser: Concodal. Quan la fractura t superfcies suaves, llises, com la cara interior duna conquilla. Aix sobserva habitualment en substncies tals com el vidre i el quars.

Fibrosa o estellosa. Quan un mineral es trenca en forma destelles o fibres. Exemple: anhidrita

Ganxuda. Quan es trenca segons una superfcie irregular, dentada, amb vores punxegudes.

Desigual o irregular. Quan un mineral es trenca segons superfcies bastes i irregulars.

DuresaSanomena duresa la resistncia que ofereix la superfcie llisa dun mineral a ser ratllada. Es designa amb una H. Com les altres propietats fsiques dels minerals, la duresa depn de lestructura cristallina. Quant ms forta s la fora de enlla entre els toms, ms dur s el mineral. El grau de duresa ve determinat per lobservaci de la facilitat o dificultat relativa amb que un mineral s ratllat per un altre o per una llima o punta dacer. El mineralogista australi F. Mohs, organitz el 1824 una escala de 10 minerals freqents i per comparaci amb les seves dureses es pot definir la de qualsevol mineral. La duresa daquests minerals pot mesurar-se per tcniques ms quantitatives, donant lloc a la escala de duresa absoluta.

La posici relativa dels minerals de lescala de Mohs es mant, per el corind, per exemple, es dos cops ms dur que el topazi i quatre cops ms dur que el quars. El talc, nmero 1 en lescala de Mohs, posseeix una estructura feta de plaques tan dbilment lligades entre s que la pressi dels dits s suficient per lliscar les unes sobre les altres. Al final de lescala est el diamant amb els seus toms de carboni, constituents tan fermament lligats que cap altre mineral pot separar-los i produr per tant una ratlla.

Els materials segents poden servir a ms de lescala anterior per determinar la duresa relativa dun mineral: - la duresa de la ungla s una mica ms de 2 - lacer dun clau, una mica ms de 5 - el vidre duna finestra, 5,5 - lacer duna llima, 6,5.

La duresa s una propietat vectorial, i un mateix cristall pot presentar diferents graus de duresa, en funci de la direcci en la qual es ratlla. La diferncia direccional de duresa en la major part dels minerals comuns s tan lleugera, que noms saconseguiria distingir-la fent servir instruments molt especialitzats i delicats anomenats esclermetres. La calcita i la cianita, sn dues excepcions. La cianita t H = 5 parallela al seu allargament i H = 7 normalment a aquell. La duresa de la calcita es 3 en totes les seves cares, exceptuant {0001}. En aquesta direcci pot ser ratllada per lungla i t una duresa de 2. En el diamant el pla menys dur s el de la cara del rombododecaedre {110} i el ms dur el de la cara de loctedre {111}, molt difcil de polir.

Tenacitat.La resistncia que un mineral presenta a ser trencat, molt, doblat o esguerrat, en resum, la seva cohesi, es coneix amb el nom de tenacitat. Els termes que es fan servir per descriure les diverses classes de tenacitat en els minerals sn: Frgil: un mineral que fcilment es trenca o redueix a pols.

Malleable: un mineral que pot ser conformat en fulles primes per percussi.

Sctil: un mineral que pot tallar-se en virolles primes amb un ganivet.

Dctil: un mineral que es pot estirar en forma de fil.

Flexible: un mineral que pot ser doblat, per que no recupera la seva forma original una cop que desapareix la pressi que el deformava.

Elstic: un mineral que recobra la seva forma primitiva al cessar la fora que lha deformat.

Pes especfic.s un nmero que expressa la relaci entre el pes del mineral i el pes dun volum igual daigua a 4C. s constant, i la seva determinaci s un valor important en la identificaci dun mineral, especialment en el treball amb cristalls fins o pedres precioses, les mostres dels quals poden malmetres amb altres assaigs. El pes especfic duna substncia cristallina depn de: - la classe dtoms de que est composta, - de la manera com estan empaquetats els toms. En els elements isoestructurals, amb el mateix tipus dempaquetament, els elements de pes atmic major tenen un pes especfic ms gran. En una srie de solucions slides hi ha un canvi continu de pes especfic. Aix, en els cas de les wolframites, els extrems ferberita (MnWO4) i hubnerita (FeWO4) tenen uns valors de 7,51 i 7,18 respectivament. El cas contrari correspon als compostos polimorfos, amb la mateixa composici per amb diferent tipus dempaquetament. En el cas del carboni, passem de 3,51 per al diamant a 2,23 pel grafit.

Brillantor.Laspecte general de la superfcie dun mineral quan es reflexa la llum es coneix amb el nom de brillantor. La brillantor dels minerals pot ser de dos tipus, metllica i no metllica. No hi ha una lnia clara de separaci entre aquests dos grups, i certs minerals que estan entre tots dos es coneixen de vegades amb el nom de submetllics. Un mineral que tingui laspecte brillant dun metall t brillantor metllica. A ms, aquests minerals sn completament opacs a la llum, i, com a resultat donen una ratlla negra o molt fosca. La galena, la pirita i la calcopirita sn minerals comuns amb brillantor metllica.

Tots els minerals amb brillantor no metllica sn, en general, de colors clars i transmeten la llum si no a travs de secciones grosses, s al menys a travs de lmines primes. La ratlla dun mineral no metllic es incolora o de color molt dbil. Vitri: que t la brillantor del vidre. Exemples, quars i turmalina.

Resins: que t la brillantor de la resina. Exemples, blenda i sofre.

Nacrat: que t la brillantor irisada de la perla. Sobserva generalment en les superfcies dels minerals paralleles als plans dexfoliaci. Exemple, la apofillita en el pla basal i la superfcie dexfoliaci del talc.

que sembla estar cobert amb una fina capa doli. Aquesta brillantor resulta de la llum difosa per una superfcie microscpicamente rugosa. En sn exemples la nefelina i algunes especies de blenda i de quars massiu. Gras:

Seds: com la seda. Resultat de la reflexi de la llum sobre un agregat parallel de fibres fines. Exemples, guix fibrs, malaquita i serpentina (crislit).

Adamant: que t una reflexi forta i brillant com la del diamant. s degut a un ndex de refracci alt. Els minerals transparents de plom, com la cerussita i langlesita el presenten.

ColorQuan la llum blanca incideix en la superfcie dun mineral, part della es reflexa i part es refracta. Si la llum no pateix absorci, el mineral s incolor, tant en la llum reflectida com en la transmesa. Els minerals tenen colors perqu absorbeixen certes longituds dona de la llum, i el color s el resultat de la combinaci de les longituds dona que arriben a lull. Alguns minerals exhibeixen diferents colors quan la llum s transmesa en direccions cristallogrfiques diferents. Aquesta absorci selectiva, coneguda com pleocrosme.

En alguns minerals el color s una propietat fonamental directament relacionada amb un dels seus elements constituents principals i s, per consegent, constant i caracterstic. En aquests minerals, anomenats idiocromtics, el color serveix com medi didentificaci important. Aix, la malaquita sempre s verda, latzurita sempre s blava, i la rodonita i rodocrosita sn sempre vermelles o roses.

En la majoria dels minerals metllics, el color es constant, com el groc llaut de la calcopirita, el bronze bru de la bornita, i el vermell coure de la nicolata. Degut a que lalteraci pot produr una pellcula acolorida en aquests minerals diferent del color vertader (una patina), s important que sigui examinada una superfcie fresca.

La majoria dels minerals es componen delements que no produeixen color caracterstic i sn incolors. No obstant, varietats acolorides de molts dells sn habituals. En alguns casos el color s degut a quantitats apreciables dun element com el ferro, que t un fort poder de pigmentaci. Els minerals que mostren una variaci de color sanomenen allocromtics. No obstant, la presncia dun component qumic principal s noms una de les causes del color en els minerals. Altres factores sn les petites quantitats de impureses qumiques, defectes en la estructura cristallina i inclusions finament dividides daltres minerals.

Els ions de certs elements absorbeixen la llum molt intensament i la seva presencia en quantitats petites, ni que sigui en traces, pot ser la causa de que el mineral tingui un intens color. Importants entre aquests elements coneguts com cromfors sn els segents: Fe, Mn, Cu, Cr, Co, Ni i V. Aix, el verd fosc de la maragda s produt per petites quantitats de crom o vanadi en el berille, i el prpura de lametista satribueix a traces de ferro en el quars.

Les imperfeccions reticulars en minerals que no tenen ions cromfors poden ser causa de que la llum blanca sigui absorbida selectivament. Les imperfeccions poden ser degudes a espais vuits o a la presncia dions estranys. En minerals amb imperfeccions estructurals, el color pot canviarse o indur-se per tractament trmic o exposici a radiacions dalta energia. Per exemple, els raigs converteixen en fumat algun quars incolor, per, en escalfar a 400 C el quars torna al seu estat incolor. No tots els quars incolors responen daquesta manera, doncs la radiaci X no t efecte en alguns cristalls i en altres els pigmenta selectivament.

Es creu que la coloraci est associada amb la presencia dions estranys. Diamants incolors, per exposici a la radiaci apropiada, poden canviar al verd o blau, i el diamant verd es torna groc per tractament trmic. El color de moltes altres pedres precioses pot ser intensificat per escalfament. El color de certs silicats resulta de la presencia danions en lestructura que poden estar presents en la latzurita (blava), sodalita (blava, verda), cancrinita (groc-taronja) i hauynita (blava). Lescalfament produeix un canvi de color en aquests minerals. La mescla mecnica dimpureses pot originar una diversitat de colors en minerals daltra manera incolors. El quars pot ser verd per la presencia de clorita, i la calcita negra degut a lxid de mangans o al carboni. Lhematites, com a impuresa pigmentaria ms com, imparteix el seu color vermell a molts minerals, incloent alguns feldspats i la calcita, i la varietat de quars jaspi de gra fi.

Ratlla.El color de la pols fina dun mineral es coneix com ratlla. Es fa servir freqentment en la identificaci de minerals, perqu, a diferncia del color, s constant. Es determina en laboratori fregant el mineral sobre un tros de porcellana porosa. La porcellana t duresa 7, i, per tant, no pot utilitzar-se amb minerals de duresa superior.

Joc de colorsLa interferncia de la llum, b en la superfcie o en linterior dun mineral pot produr una srie de colors quan langle de la llum incident canvia. El sorprenent joc de colors que es veu en lpal precis resulta de la interferncia de la llum reflectida per capes submicroscpiques de partcules quasi esfriques, de diferents ndex de refracci. Lpal com no t aquestes capes i la llum dispersada produeix una opalescncia nacrada o lletosa.

Una irisaci interna s produda per llum difractada i reflectida per fractures molt prximes, plans dexfoliaci, laminilles de macla de precipitaci o secreci, o diminutes inclusions estranyes orientades parallelament. Alguns exemplars de labradorita exhibeixen b aquest fenomen, canviant el color de blau a verd o groc al canviar langle de la llum incident. La irisaci s deguda a les fines lmines de tipus desmescla. La interferncia de la llum reflectida per pellcules superficials fines, produeix una irisaci semblant a la de les pompes de sab o les pellcules doli sobre laigua. Es presenta sovint en els minerals metllics

TornassolatAlguns minerals tenen una aparena sedosa en llum reflectida, que s produda per fibres paralleles molt juntes o per inclusions o cavitats ordenades parallelament. Quan sobt una superfcie convexa com de pedra preciosa en aquest mineral, est creuada per una banda de llum en angle recte amb la longitud de les fibres o direcci de les inclusions. Aquesta propietat s exhibida particularment b pel guix ull de gat, una varietat del crisoberille, i per lull de tigre, crocidolita fibrosa substituda per quars.

AsteriscEn alguns cristalls, particularment els del sistema hexagonal, les inclusions poden ordenar-se en tres direccions cristallogrfiques, que formen entre elles angles de 120. Un tall convex i polit en aquest cristall mostra el que podria anomenar-se triple tornassolat, s a dir, un raig de llum en angle recte amb cada direcci de les inclusions que produeix una estrella de sis puntes. El fenomen, que sobserva en els robins i safirs estrellats, es denomina asterisme. Algunes miques flogoptiques que contenen agulles de rtil orientades pel reticle pseudohexagonal, mostren un sorprenent asterisme en la llum transmesa.

LuminescnciaUna emissi de llum per un mineral que no s el resultat directe dincandescncia es diu luminescncia. El fenomen, que pot ser produt en diferents formes, sobserva usualment en minerals que contenen ions estranys anomenats activadors. La luminescncia acostuma a ser dbil i pot veures

Fluorescncia i fosforescncia Els minerals que es fan luminescents al ser exposats a lacci dels raigs ultraviolats, raigs X o raigs catdics, sn fluorescents. Si la luminescncia continua desprs dhaver estat tallada lexcitaci, es diu aleshores del mineral que s fosforescent. No hi ha una clara diferencia entre la fluorescncia i la fosforescncia, ja que alguns minerals que a primera vista semblen noms fluorescents, fent servir mtodes fins es comprova que continuen donant llum durant una fracci de segon desprs dhaver estat separats dels raigs excitadors. La fluorescncia es produeix quan lenergia de la radiaci de curta longitud dona s absorbida pels ions de la impuresa i emesa com a radiaci de major longitud dona (llum visible). Els minerals varien en la seva capacitat per absorbir llum ultraviolada duna determinada longitud dona. El color de la llum emesa varia considerablement amb les longituds dona o

La fluorescncia s una propietat imprevisible, doncs mentre algunes mostres dun mineral la presenten, altres, aparentment semblants, fins i tot de la mateixa localitat, no sn fluorescents. Aix, noms certes fluorites, mineral que dona el nom a aquesta propietat, tenen fluorescncia. La seva fluorescncia blava normal pot procedir de la presncia de matria orgnica o dions de terres rares. Minerals freqentment fluorescents sn la willemita, la sheelita, el diamant, lhalita i lautunita.

Termoluminescncia s la propietat que posseeixen alguns minerals de produr llum visible quan sescalfen a una temperatura per sota del roig. Sobserva especialment en minerals no metllics que contenen ions estranys com activadors. Quan sescalfa un mineral termoluminescent, la llum visible inicial, normalment dbil, saccentua entre els 50 i 100 C i aquesta llum cessa de ser emesa a temperatures superiores als 475 C. Fa molt temps que es coneix que la fluorita posseeix aquesta propietat; la varietat clorofana fou denominada aix per la llum verda que emet. Altres minerals termoluminescents sn la calcita, lapatita, lescapolita, la lepidolita i el feldspat.

Triboluminescncia s la propietat que posseeixen alguns minerals de fer-se lluminosos al ser mlts, ratllats o fregats. La major part dels minerals que posseeixen aquesta propietat sn no metllics, anhidres i posseeixen una bona exfoliaci. La fluorita, lesfalerita i la lepidolita poden ser triboluminescents i, amb menor freqncia, ho sn tamb la pectolita, lambligonita, el feldspat i la calcita.

Propietats elctriques i magntiques.La conducci delectricitat en els cristalls est relacionada amb el tipus denlla. Els minerals amb enlla purament metllic, com ara els metalls nadius, sn conductors elctrics excellents, mentre que aquells en els que lenlla s parcialment metllic, com alguns minerals sulfurs, sn semiconductors. Els minerals inics o denlla covalent sn usualment no conductors. Pels minerals no cbics, la conductivitat elctrica s una propietat vectorial que varia amb lorientaci cristallogrfica. Per exemple, el grafit s un conductor molt millor en direccions que formen angle recte amb leix c que en direccions paralleles a ell.

Piezoelectricitat Els eixos polars estan presents noms en cristalls que no tenen un centre de simetria. Si sexerceix pressi en els extrems dun eix polar, un flux de electrons cap a un extrem produeix una crrega elctrica negativa, mentre que una crrega positiva sindueix en lextrem oposat. Aix s la piezoelectricitat i qualsevol mineral que cristallitza en una de les 20 classes amb eixos polars ha dexhibir-la. No obstant, en alguns minerals la crrega originada s massa dbil per ser detectada.

Piroelectricitat Els canvis de temperatura en un cristall poden produr el desenvolupament simultani de crregues positives i negatives en els extrems oposats dun eix polar. Aquesta propietat de piroelectricitat sobserva, com la piezoelectricitat, noms en cristalls amb eixos polars. Els cristalls que pertanyen a les deu classes cristallines que tenen un eix polar nic es considera que exhibeixen piroelectricitat vertadera o primria. No obstant, un gradient de temperatura en tots els altres cristalls que tenen eixos polars, com el quars, produr un efecte piroelctric. En aquests cristalls la polaritzaci s el resultat de la deformaci produda per expansi trmica desigual que produeix efectes piezoelctrics. Si el quars sescalfa fins a uns 100 C, desenvolupa al refredar-se crregues positives en tres arestes prismtiques alternes i crregues negatives en les arestes restants. Aquestes crregues sanomenen polaritzaci piroelctrica secundaria.

Magnetisme Magnetita, Fe3O4, i pirrotina, Fe1-xS sn els nics minerals habituals atrets per un petit imant de butxaca. Sn ferromagntics. La pedra imant, una varietat de la magnetita, s un imant natural amb el poder datracci i la polaritat dun imant vertader. En el camp dun electroimant potent molts altres minerals sn atrets, especialment els que contenen ferro. Aquests sanomenen paramagntics, mentre que els que sn repellits es coneixen com a diamagntics. A causa de les seves diferents susceptibilitats magntiques, els minerals poden ser separats entre ells mitjanant un electroimant, i la separaci magntica dels minerals s un procediment normal, tant a escala de laboratori com industrial. Per aix, el separador magntic s un accessori normal en els laboratoris mineralgics i sutilitza a escala industrial per separar minerals de la ganga.

PROPIETATS PTIQUES DELS MINERALS

NATURALESA DE LA LLUMLa llum visible ocupa una part molt petita de lespectre electromagntic. La longitud d'ona determina el color i varia des duna mica ms de 700 nm a lextrem roig fins a prop de 400 nm a lextrem violeta. La llum blanca es compon de totes les longituds d'ona entre aquests lmits, mentre que la llum duna sola longitud d'ona sanomena monocromtica.

La teoria ondulatria suposa que la llum visible, com part de lespectre electromagntic, es propaga en lnia recta com un moviment ondulatori transversal; s a dir, vibra en angle recte amb la direcci de propagaci. La longitud d'ona (l) daquest moviment ondulatori s la distancia entre crestes (o valls); lamplitud s el desplaament a ambds costats de la posici dequilibri; la freqncia s el nmero d'ones per segon que passen per un punt fix i la velocitat s la freqncia multiplicada per la longitud d'ona. Anlogament, les ones lluminoses tenen longitud, amplitud, freqncia i velocitat, per les seves vibracions transversals, perpendiculars a la direcci de propagaci , tenen lloc en totes les direccions possibles.

Reflexi i refracciQuan un raig de llum passa des dun medi enrarit, com laire, a un medi ms dens, com el vidre, part d'ell s reflectit per la superfcie cap a laire i part entra en el vidre. El raig reflectit obeeix a les lleis de la reflexi, que estableixen: que langle dincidncia i s igual a langle de reflexi r, mesurats ambds angles des de la normal a la superfcie que els raigs incident i reflectit estan en el mateix pla. La llum que entra en el vidre ja no segueix el cam del raig incident, sin que es dobla o refracta. La quantitat de desviaci depn de la inclinaci del raig incident i de les densitats relatives dels dos medis; quant major s l'angle de incidncia i la diferencia de densitats, major s la refracci .

L'ndex de refracci.L'ndex de refracci d'un material pot expressar-se per la relaci entre la velocitat de la llum a laire (V) i la seva velocitat en el medi ms dens (v), s a dir, V/v = n. Com a base de comparaci, la velocitat de la llum en l'aire es considera igual a 1, n = 1/v, o sigui, que l'ndex de refracci s igual a linvers de la velocitat. La relaci precisa entre l'angle d'incidncia i i l'angle de refracci r ve donada per la llei de Snell que estableix que pels mateixos dos medis la relaci sen i/sen r s constant.

Aix s'expressa usualment de la forma sen i/sen r = n on la constant n s l'ndex de refracci. La velocitat de la llum s igual a la freqncia multiplicada per la longitud d'ona, per tant, amb una freqncia fixa, quant ms llarga sigui la longitud d'ona major ser la velocitat. La llum roja, amb la seva longitud d'ona ms llarga, t una velocitat major que la llum violeta, i degut a la relaci inversa entre velocitat i ndex de refracci, n per la llum roja s menor que per la llum violeta. Un cristall t aix diferents ndex de refracci per diferents longituds d'ona de llum. Aquest fenomen es coneix com dispersi dels ndex i degut a ell sutilitza llum monocromtica per la determinaci precisa de l'ndex de refracci.

Llum polaritzada.La llum que t les seves vibracions restringides a una nica direcci en lespai es denomina polaritzada plana, donat que les successives vibracions estan contingudes en un pla el qual, a la seva vegada, cont la trajectria del raig.

El microscopi de polaritzaci.El microscopi de polaritzaci s l'instrument ms important per determinar les propietats ptiques dels cristalls i t trets propis. El polaritzador, sota la platina, s una placa polaritzant, o prisma de Nicol, que transmet llum polaritzada en un pla que vibra en la direcci NS (davant - darrera). L'analitzador, muntat en el tub sobre de la platina, s una placa o prisma similar que transmet la llum que vibra noms en la direcci EO. El polaritzador i lanalitzador s'anomenen conjuntament polars. Quan els dos polars estan en posici n, es diu que estan creuats i, si no hi ha cap cristall anistrop entre ells, no es veu llum.

El polaritzador est fix, per l'analitzador pot desplaar-se a voluntat fora del raig de llum. Al treballar amb cristalls s necessari, sovint, canviar la seva orientaci n. Aix es fa mitjanant una platina rotatria leix de rotaci de la qual s el mateix que leix del microscopi.

Minerals amb polaritzadors plansAngle dexfoliaci a 90 piroxens

120

Angle dexfoliaci a 60/120: amfbols

60

Minerals amb pleocroisme

biotita

CRISTALLS ISTROPSSubstncies no cristallines, com els gasos, els lquids i el vidre, i cristalls que pertanyen al sistema cbic. En aquestes substncies, la llum es mou en totes direccions amb la mateixa velocitat i per tant cada substncia istropa t un nic ndex de refracci.

Els medis istrops es regeixen per la llei de Snell i les vibracions es mantenen sempre perpendiculars a la trajectria del raig. El medi no modifica la naturalesa de la llum, de manera que si entra llum normal (que pot vibrar en totes les direccions), desprs de travessar el cristall, segueix vibrant en totes direccions. Si la llum est polaritzada segueix polaritzada en el mateix pla. Donat que la llum es mou en totes direccions en una substncia istropa, amb iguals velocitats, no hi ha doble refracci i s un nic ndex de refracci. Amb un microscopi de polaritzaci, els objectes es veuen sempre sota llum polaritzada que vibra en direcci NS convencionalment. Si l'objecte s un mineral istrop, la llum passa al seu travs i continua vibrant en el mateix pla. Si s'insereix l'analitzador, es produeix foscor, doncs aquest polar permet el pas de la llum que vibra noms en la direcci EO. La foscor es mant quan la posici del cristall s'altera pel gir de la platina del microscopi.

CRISTALLS ANISTROPSTots els cristalls, excepte els del sistema cbic. La velocitat de la llum varia amb la direcci cristallogrfica i per tant hi ha un interval de ndex de refracci n. En general, la llum que passa per un cristall anistrop es desdobla en dos raigs polaritzats que vibren en plans mtuament perpendiculars. Aix, per una orientaci determinada, un cristall t dos ndex de refracci, cadascun associat a un raig polaritzat.

CRISTALLS UNIAXIALS En els cristalls hexagonals, tetragonals i trigonals, hi ha una i noms una direcci en la qual la llum es propaga d'aquesta manera. Aquesta s parallela al eix c, amb vibracions en totes direccions en el pla basal. Per aquesta ra, l'eix c es denomina eix ptic, i els cristalls hexagonals, tetragonals i trigonals s'anomenen pticament uniaxials. Quan la llum es propaga en els cristalls uniaxials en qualsevol direcci distinta a la del eix c, es desdobla en dos raigs que viatgen amb diferents velocitats. Un s el raig ordinari, que vibra en el pla basal; l'altre s el raig extraordinari, que vibra en angle recte amb aquell i, per tant, en un pla que inclou leix c. Aquest pla, dels que hi ha un nmero infinit, es denomina la secci principal.

Els cristalls uniaxials es divideixen en dos grups ptics: positiu i negatiu. Sn positius si el raig O t la velocitat superior, i negatius si el raig E t la velocitat superior. Tant en cristalls positius com negatius els raigs O i E tenen la mateixa velocitat quan viatgen al llarg de leix ptic (c). Per la diferencia en les seves velocitats es fa progressivament major a mesura que la direcci de propagaci de la llum sallunya de leix ptic, arribant un mxim als 90. Donat que els dos raigs tenen diferents velocitats, existeixen dos ndex de refracci en els cristalls uniaxials. Cada ndex s'associa amb una direcci de vibraci.

Cristalls uniaxials entre polaroides creuats

Cristalls biaxials entre polaroides creuats

Angle dextinci Tots els minerals uniaxials presenten extinci parallela Els minerals rmbics presenten extinci parallela

ortopirox

PPL

XN

Els minerals monoclnics i triclnics presenten un angle dextinci obliquo:

Angle dextinci

clinopirox

quars

moscovita

amfbols

piroxens