Mineralogía Óptica y Cristalografía

Elementos de Simetría con Traslación

Elemento de simetría con traslación

Simetría con traslación: produce desplazamientos del objeto sobre el cual actúan. El número de objetos que se crean como consecuencia de ello es infinito.

• Plano de deslizamiento: Un plano de deslizamiento es la combinación de una reflexión en un plano de simetría con una componente de traslación (t/2 o t/4)
• Si la componente de deslizamiento (t/2) en una distribución ordenada tridimensional es paralela al eje a se llama deslizamiento y viene representada por la letra «a».
• Si la componente de deslizamiento (t/2) es paralela a los ejes b y c, el deslizamiento se llama «b» o «c» respectivamente.
• Si la componente de deslizamiento puede representarse por a/2+b/2, a/2+c/2, b/2+c/2 o a/2+b/2+c/2 se denomina desplazamiento diagonal y se representa por la letra n.
• Si la componente de deslizamiento puede representarse por a/4+b/4, a/4+c/4, b/4+c/4 o a/4+b/4+c/4 se denomina desplazamiento diamante y se representa por la letra d.

• Eje helicoidal o tornillo: Operación rotacional combinada con traslación (t) paralela al eje de rotación. Puede ser de orden 2, 3, 4 y 6. Un eje helicoidal a derechas avanza en el sentido de las agujas del reloj y un eje helicoidal a izquierdas avanza en sentido anti horario. Para que sea rotación horaria la fracción tiene que ser mayor que 0,5 y es rotación antihoraria la fracción debe ser menor que 0,5 lo que surge de la relación del subíndice y el número de eje de rotación.

Maclas en Minerales

¿Qué son las maclas? ¿Cómo se pueden clasificar según su origen? De por los menos 4 ejemplos de maclas minerales

Una macla es un intercrecimiento simétrico de dos o más cristales del mismo mineral. De acuerdo a su origen se pueden clasificar en:

• Maclas primarias: los cristales ya crecieron maclados.
• Macla de crecimiento: resultado de un emplazamiento de átomos o iones sobre la parte exterior de un cristal en crecimiento de tal forma que la distribución regular de la estructura del cristal original se ve interrumpida.
• Maclas secundarias: los cristales crecieron no maclados y la macla se introdujo posteriormente.
• Macla de transformación: suelen producirse por modificaciones estructurales por enfriamiento.
• Macla de deformación o deslizamiento: producidas cuando una sustancia cristalina se deforma por aplicación de una acción mecánica.

Ejemplos de maclas minerales:

• Pirita: macla de penetración.
• Espinela: macla de contacto.
• Cerusita: macla cíclica.
• Muscovita: macla en estrella.

Mineralogía Óptica: Figura de Interferencia Uniaxial

Indique como vibran los rayos asociados a los índices de refracción e y w en una figura de interferencia uniaxial. Describa como haría para determinar el signo óptico usando una placa de yeso.

Las direcciones de vibración de las ondas O y E son ortogonales entre sí y están dispuestas de manera concéntrica alrededor del eje óptico. En las direcciones N-S y E-W de la figura de interferencia, las direcciones de vibración coinciden con las direcciones del polarizador y del analizador. En estas direcciones sólo las ondas vibrando E-W pasan la placa del cristal (ondas O a lo largo de la isogira N-S; ondas E a lo largo de la isogira E-W), pero son bloqueadas por el analizador. Debido a la simetría rotacional de la indicatriz (y de la red esquiodromo) y de la particular orientación de la placa del cristal (dirección de visión paralela al eje óptico), la figura de interferencia no se mueve ni cambia al girar la platina.

Cuando se inserta la placa de la cruz se volverá rojo de primer orden, mientras que los cuatro cuadrantes mostrarán dos secuencias diferentes de colores de interferencia dependiendo de la dirección de vibración de las ondas E y O. Dos casos pueden distinguirse:

• Caso A: En los cuadrantes I y III los colores de interferencia aumentan en un orden (= adición), mientras que en los cuadrantes II y IV los colores de interferencia disminuyen en un orden (= sustracción). Entonces, ne’ > no y por lo tanto el signo óptico del mineral es positivo
• Caso B: En los cuadrantes I y III los colores de interferencia disminuyen en un orden (= sustracción), mientras que en los cuadrantes II y IV los colores de interferencia aumentan en un orden (= adición). Entonces, ne’ < no y por lo tanto el signo óptico del mineral es negativo.

Difracción de Rayos X en Mineralogía

¿Para qué se aplica la difracción de rayos X en mineralogía? Compare las ventajas y desventajas de los métodos de resolución de estructuras de monocristales y polvos.

Aplicaciones de difracción de rayos X en Mineralogía

• Identificación de materiales por comparación de sus diagramas de difracción
• Análisis cualitativo de fases (presencia o ausencia de fases)
• Análisis cuantitativo de fases (cantidad de cada fase cristalina presente)
• Refinamiento de los parámetros de celda
• Determinación de estructuras cristalinas
• Determinación de tamaño de los cristales
• Estudio de distorsión de cristales por esfuerzos
• Medición de coeficientes de expansión térmica
• Determinación de diagramas de fases a diferentes temperaturas
• Estudios de reacciones en sólidos

Ventajas y desventajas de los métodos de resolución de estructuras de monocristales y polvos

Anfíboles: Estructura, Propiedades e Identificación

Describa los anfíboles indicando particularidades y estructuras. ¿Qué propiedades permiten identificarlos en sección delgada, especialmente comparados con los piroxenos? Mencione por lo menos la composición química de 3 anfíboles.

Se encuentran en casi todos los tipos de rocas ígneas, en rocas formadas por metamorfismo de contacto y regional de bajo a alto grado.

Su estructura son cadenas dobles de tetraedros de sílice-oxígeno elongadas a lo largo del eje c, de composición (Si, Al)₄O₁₁. Estas cadenas se unen entre sí por cationes que ocupan diversos sitios.

Las cadenas opuestas crean sitios de tres tipos:

• Sitios octaédricos forman una banda entre los oxígenos apicales de las cadenas dobles tetraédricas.
• Estos son sitios de tamaño normal y coordinación 6.
• Alojan Mg, Fe (2+ y 3+), Al, Mn, etc.
• Se los conoce como sitios M1, M2, M3 (análogos a los sitios M1 en piroxenos)
• Las cadenas dobles tetraédricas enfrentadas por las bases crean dos sitios catiónicos diferentes.
• Estos son sitios grandes y coordinación 6, aunque no es raro que sea 7 u 8.
• Alojan Mg, Fe²⁺, Ca, Na, etc.
• Se los conoce como sitios M4 (análogos a los sitios M2 en piroxenos)
• Estos sitios enlazan diferentes bloques de tetraedros+octaedros
• Dos «anillos» opuestos de las cadenas dobles tetraédricas (enfrentadas por las bases) crean un nuevo tipo de sitio catiónico
• No hay un análogo en piroxenos.
• Son sitios grandes con coordinación 10 ó 12.
• Alojan K, Na.
• Se los conoce como sitios A.

Especies más importantes de anfíboles

• antofilita: Mg₇Si₈O₂₂(OH)₂ (rómbico)
• grunerita: Fe₇Si₈O₂₂(OH)₂
• cummingtonita: Mg₇Si₈O₂₂(OH)₂ (monoclínico)
• tremolita: Ca₂Mg₅Si₈O₂₂(OH)₂
• ferroactinolita: Ca₂Fe₅Si₈O₂₂(OH)₂
• edenita: NaCa₂Mg₅(Si₇Al)O₂₂(OH)₂
• ferrohornblenda: Ca₂[Fe₄Al]Si₇AlO₂₂(OH)₂
• magnesiohornblenda: Ca₂[Fe₄Al]Si₇AlO₂₂(OH)₂
• glaucofana: Na₂(Mg₃Al₂)Si₈O₂₂(OH)₂
• riebeckita: Na₂(Fe²⁺₃Fe³⁺₂)Si₈O₂₂(OH)₂
• arfvedsonita: NaNa₂(Fe²⁺₄Fe³⁺)Si₈O₂₂(OH)₂
• kaersutita: NaCa₂(Mg₃TiAl)(Si₆Al₂)O₂₂O₂

Figura de Interferencia Uniaxial y Signo Óptico

Figura de interferencia uniaxial centrada (dibujar) y poner la dirección de vibración de los rayos. ¿Cómo determinar el signo óptico con la figura y un compensador?

El rayo extraordinario (épsilon) se dispone radialmente y el rayo ordinario (omega) tangencialmente.

Los minerales ópticamente uniaxiales que son elongados en la dirección de c (por ej. cuarzo, apatito, turmalina) y están presentes en la lámina delgada en una sección aproximadamente paralela a su eje mayor tendrán la onda E (ne) vibrando paralela a c y la onda O (no) perpendicular a c. Cuando el hábito de los minerales ópticamente uniaxiales es tabular (por ej. melilita), se aplica la misma regla pero ahora la onda O vibra paralela a la sección elongada.

Para ambos hábitos cristalinos, el signo óptico puede determinarse fácilmente por compensación o sea determinar si ne > no (= uniaxial ópticamente positivo) o ne < no (= uniaxial ópticamente negativo)

• Sección longitudinal de un cristal prismático elongado: ne está alineado con el eje mayor de la sección; no es perpendicular a éste. La adición ocurre si ne > no; el mineral es ópticamente uniaxial positivo. La sustracción ocurre si ne < no; el mineral es ópticamente uniaxial negativo.
• Sección transversal de un cristal tabular: no yace paralelo al eje mayor de la sección transversal; ne es perpendicular a éste. La adición ocurre si ne > no; el mineral es ópticamente uniaxial positivo. La sustracción ocurre si ne < no; el mineral es ópticamente uniaxial negativo.

Ángulo de Extinción en Óptica

¿Qué es un ángulo de extinción en óptica? Aplicaciones prácticas

El ángulo entre la dirección de vibración y el elemento morfológico de referencia (arista de cristal, clivaje) en una sección de un cristal es conocido como ángulo de extinción. Los ángulos de extinción son útiles para la caracterización de los minerales monoclínicos y triclínicos.

• Extinción recta: ángulo cero (biotita, muscovita, ortoanfíbol, ortopiroxeno)
• Extinción oblicua: otros valores, varía con la especie. (clinoanfíbol, clinopiroxeno)
• Extinción simétrica: bisectriz del ángulo formado por dos direcciones de exfoliación. (ortoanfíbol u ortopiroxeno en sección basal)

Algunos usos del ángulo de extinción:

• Permite una estimación de la composición de la plagioclasa
• Permite diferenciar entre miembros rómbicos (extinción recta) y monoclínicos (extinción inclinada) de un grupo (ej. ferrosilita vs. augita)
• Permite la distinción entre piroxenos y anfíboles (piroxenos tienen ángulos mucho mayores)

Los minerales que pertenecen al sistema tetragonal, hexagonal, trigonal y rómbico tienen extinción recta, los del sistema monoclínico tienen extinción inclinada pudiendo ser recta y por último los del sistema triclínico son de extinción inclinada.

Filosilicatos: Estructura y Ejemplos

Subclase de los filosilicatos. Descripción de su estructura. Dar 3 ejemplos de minerales con fórmulas químicas.

Láminas de tetraedros (Si₄O₁₀)^-6 5% Arcillas 5% micas. Se pueden clasificar en:

• Trioctaédricos: todos los sitios octaédricos disponibles están ocupados. Serpentinas – Talco – Flogopita («biotita»)
• Dioctaédricos: 2/3 de los sitios octaédricos disponibles están ocupados. Caolinita – Pirofilita – Muscovita

Propiedades de los filosilicatos: su estructura en capas condiciona muchas de sus propiedades:

• hábito hojoso
• blandos
• exfoliación muy marcada, a menudo láminas flexibles (± elásticas)
• en general tienen baja densidad

Representantes más importantes de los grupos dentro de los filosilicatos

• Grupo de la serpentina
• antigorita: Mg₃(Si₂O₅)(OH)₄
• crisotilo: Mg₃(Si₂O₅)(OH)₄
• lizardita: Mg₃(Si₂O₅)(OH)₄
• Grupo de los minerales arcillosos
• caolinita: Al₂(Si₂O₅)(OH)₄
• talco: Mg₃(Si₂O₅)(OH)₄
• pirofilita: Al₂(Si₄O₁₀)(OH)₂
• Grupo de las micas
• muscovita: KAl₂(AlSi₃O₁₀)(OH)₂
• flogopita: KMg₃(AlSi₃O₁₀)(OH)₂
• annita: KFe₃(AlSi₃O₁₀)(OH)₂
• trilitionita: K(Li_1,5Al_1,5)(AlSi₃O₁₀)(F,OH)₂
• polilitionita: K(Li₂Al)(Si₄O₁₀)(F,OH)₂
• Grupo de las cloritas
• clinocloro: Mg₅Al(AlSi₃O₁₀)(OH)₈
• chamosita: Fe₅Al(AlSi₃O₁₀)(OH)₈

Carbonatos: Clases, Propiedades y Ejemplos

Clases de carbonatos. Propiedades. Grupos y fórmulas químicas de por lo menos 4 minerales.

Características de los carbonatos: los carbonatos típicos son transparentes, de colores claros y raya blanca, densidad media a elevada y blandos con clivaje perfecto. Brillo vítreo a nacarado excepto en los carbonatos de Pb y Fe (adamantino). Muchos de ellos son solubles en ácidos, en algunos casos con efervescencia, aunque la mayoría reacciona sólo en polvo o en caliente.

Origen: en medios sedimentarios y oxidantes o bien ambientes hidrotermales. Raramente ígneos. Los carbonatos son un caso excelente para el estudio de cambios de simetría por variaciones en la composición (radio iónico del catión divalente).

Usos

• Los carbonatos son constituyentes esenciales de los mármoles, empleados en construcción (revestimientos) y como materia prima para fabricar cal y cemento.
• Mena de Mn (rodocrosita), Cu (azurita, malaquita), Fe (siderita), Zn (smithsonita), etc.
• En ornamentación (rodocrosita, azurita, malaquita).
• Como fundente (calcita)
• Fabricación de ladrillos refractarios (magnesita)

Representantes más importantes de los carbonatos

• Grupo de la calcita (trigonal)
• calcita: Ca(CO₃)
• magnesita: Mg(CO₃)
• siderita: Fe(CO₃)
• smithsonita: Zn(CO₃)
• rodocrosita: MnCO₃)
• Grupo del aragonito (rómbico)
• aragonito: Ca(CO₃)
• cerusita: Pb(CO₃)
• witherita: Ba(CO₃)
• estroncianita: Sr(CO₃)
• Grupo de la dolomita (trigonal)
• dolomita: CaMg(CO₃)₂
• ankerita: CaFe(CO₃)₂
• Otros
• malaquita: Cu₂(CO₃)(OH)₂
• azurita: Cu₃(CO₃)₂(OH)₂
• bastnäsita: Ce(CO₃)(F,OH)
• trona: Na₃H(CO₃)₂·2H₂O

Minerales Metamícticos

¿Qué son los minerales metamícticos?

Se dice que un mineral es metamíctico cuando se lo encuentra naturalmente en estado amorfo pero se supone que previamente poseía estructura cristalina.

Los minerales metamícticos se formaron originalmente como sólidos cristalinos pero su estructura cristalina fue destruida en menor o mayor grado por la radiación de elementos radiactivos presentes en su estructura original.

Difracción de Rayos X en Geología

Mencionar las aplicaciones de la Difracción de rayos X en geología. ¿Cómo se realiza el experimento de difracción en polvo?

Aplicaciones de difracción de rayos X en Geología

• Identificación de materiales por comparación de sus diagramas de difracción
• Análisis cualitativo de fases (presencia o ausencia de fases)
• Análisis cuantitativo de fases (cantidad de cada fase cristalina presente)
• Refinamiento de los parámetros de celda
• Determinación de estructuras cristalinas
• Determinación de tamaño de los cristales
• Estudio de distorsión de cristales por esfuerzos
• Medición de coeficientes de expansión térmica
• Determinación de diagramas de fases a diferentes temperaturas
• Estudios de reacciones en sólidos

Para obtener un difractograma se hace incidir un haz monocromático (es decir, formado por una única longitud de onda) de rayos X sobre una muestra finamente pulverizada que tiene, idealmente, cristales dispuestos al azar en todas las direcciones posibles; por lo tanto, los diferentes planos de la red también estarán presentes en todas las orientaciones. Para cada conjunto de planos, por lo tanto, habrá por lo menos algunos cristales que estén orientados de forma tal que, para un ángulo θ dado, se produzca difracción. Los rayos difractados pueden ser detectados mediante una tira de película radiográfica (métodos Debye-Scherrer o Guinier) o usando un detector móvil (difractómetro).

Para la medición de un difractograma, los pasos son:

1. Moler la muestra muy finamente. Lo ideal es que las partículas tengan un tamaño aproximado de 5 μm. Un pequeño grano que quede de dimensiones sensiblemente mayores (por ejemplo, 1 mm), puede alterar significativamente las intensidades, dificultando o haciendo imposible identificar de qué material se trata.
2. Montar la muestra en el portamuestras.
3. Mediante un programa de computación que controla al difractómetro se indica desde qué ángulo se comienza a medir y en qué ángulo termina la medición. Debe tenerse siempre en cuenta que los ángulos en los que se expresa la medición son 2θ (dos theta), pero el valor empleado al aplicar la ley de Bragg es θ (theta). Por lo tanto, debe dividirse por dos el valor angular medido por el difractómetro antes de introducirlo en la fórmula.