Resumen Silicatos C1. Óptica Cristalográfica

Transcripción

1 1 Resumen Silicatos C1 Óptica Cristalográfica Propiedades Ópticas de los Minerales: Son la respuesta de un mineral a la interacción de la luz. Cada mineral tiene propiedades ópticas distintivas. Se estudian con un Microscopio Petrográfico (o Polarizador), haciendo pasar la luz a través del mineral, al atravesar este se producen una serie de fenómenos ópticos y se observa la luz que sale del mineral. Naturaleza y Propiedades de la Luz: La luz onda electromagnética que se propaga indefinidamente a través del espacio a la velocidad de la luz (c), llevando energía de un lugar a otro, con campos magnéticos y eléctricos generándose continuamente. Los campos vibran en planos perpendiculares entre sí y respecto a la dirección de propagación. Luz: Onda electromagnética que se propaga indefinidamente a través del espacio a la velocidad de la luz (c), llevando energía de un lugar a otro, con campos magnéticos y eléctricos generándose continuamente. Los campos vibran en planos perpendiculares entre sí y respecto a la dirección de propagación. Luz Visible: únicas ondas visibles por el ojo humano; sus longitudes de onda oscilan entre 400 y 700 nm. Características de las ondas luminosas: o Luz No Polarizada: Vibra en todas direcciones perpendicularmente a la dirección del haz luminoso. o Luz Polarizada: La luz vibra en una única dirección privilegiada. Luz Polarizada Plana (LPP).

2 2 o Plano de Vibración (Plano de Polarización): Contiene a la trayectoria del rayo y a la dirección privilegiada. Fenómenos de Interferencia de la Luz con la Materia: La velocidad de la luz visible depende de la naturaleza del material por el cual se propaga (densidad de partículas, distribución densidad). La máxima velocidad posible es km/s (vacío). En cualquier otro material, la velocidad de la luz es menor. La frecuencia de un haz de luz no cambia nunca, es constante. v: frecuencia; c: velocidad A menores Velocidades, menores longitudes de onda. Índice de refracción: (n) expresa la velocidad a la que se propaga la luz visible en un material: *Los silicatos poseen índices de refracción entre 1.5 y 1.7 A mayores índices de refracción y menor longitud de onda, menor la velocidad de la luz en el material. El índice de refracción no es constante para un material dado. Depende de la longitud de onda de la luz que lo atraviesa. El índice de refracción es mayor a menores longitudes de onda y disminuye sistemáticamente mientras te mueves hacia mayores longitudes de onda. A las variaciones de las propiedades ópticas en función de la longitud de onda se le denomina dispersión. Material ópticamente isótropo: Aquel en el que la velocidad de la luz es igual en cualquier dirección. Ejemplos: vidrio volcánico, minerales del sistema cúbico. En estos materiales la densidad electrónica es la misma en cualquier dirección. La dirección siempre es perpendicular a la dirección de propagación. Tiene un único índice de refracción. Ej: Halita, Fluorita. Microscopio Polarizador: La observación se realiza en luz ortoscópica, es decir, los rayos de luz son paralelos al eje óptico e inciden los polarizadores y la muestra en forma perpendicular. Cuando la luz pasa a través de un polarizador la intensidad de luz disminuye.

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4 4 Reflexión: El haz de luz al incidir sobre un material se refleja. El brillo de los minerales depende en parte de la cantidad de luz que reflejan. Refracción: El haz de luz penetra en el interior del material y sufre un cambio en la dirección de propagación, se refracta. La velocidad cambia. Un rayo que incide perpendicularmente a la interfase no se refracta. Ley de Snell:

5 5 Cuando un haz de luz pasa de un medio n1 a otro medio n2 con un índice de refracción mayor (n2 > n1) el rayo refractado se acerca a la normal. De lo contrario se alejaría (n2<n1). El índice de refracción varía con la longitud de onda, luego cada longitud de onda tendrá un índice de refracción, por tanto, la curvatura que sufrirá el rayo refractado por cada longitud de onda será diferente. La luz policromática se descompone en sus longitudes de onda componentes, esto es el fenómeno de dispersión (separación de un rayo de luz blanca en sus longitudes de onda componentes). Observaciones en Microcopio Petrográfico: Se emplea luz policromática ( nm). En los minerales en una LTP (lámina transparente pulida) entra luz polarizada y policromática. Se realizan observaciones sin analizador (LPP, sólo se usa el polarizador inferior) o con analizador (Nicoles cruzados XPL). Propiedades Ópticas en LPP: o Propiedades de Absorción: Color, Palocroísmo. o Propiedades de Refracción: Relieve, Línea de Becke. o Además, se pueden estudiar propiedades físicas descriptivas tales como forma, clivaje y hábito. De absorción Color: La absorción es en función de la longitud de onda y en este caso el color está relacionado con la presencia de elementos de la serie de transición (Ti, V, Cr, Fe). No depende de la orientación. Color de Transmisión: Color del mineral cuando se realizan observaciones sin cruzar nicoles. El color de transmisión es el resultado de la absorción selectiva de determinadas longitudes de onda de luz blanca. Algunos minerales se ven negros sin el analizador debido a que el mineral no es transparente, es opaco, absorbe todas las longitudes de onda de la luz, luego no permite que la luz atraviese. Para estudiar estos (como sulfuros y óxidos) se emplea el microscopio de luz reflejada. Pleocroismo: Cambio de color (de transmisión) de un mineral cuando se varía su orientación respecto al plano de luz polarizada (cambio de color del mineral al girar la platina del microscopio). La absorción es función de longitud de onda y de la orientación, y es una propiedad única de minerales anisotrópicos. Se manifiesta en minerales no cúbicos (anisótropos), por la absorción diferencial en determinadas orientaciones cristalográficas. Puede ser nulo, suave o bajo, moderado y alto o intenso. En tonos de color. Ej: pleocroísmo suave en tonos amarillos. El color cambia debido a la diferente absorción por parte del mineral de las longitudes de onda según diferentes direcciones cristalográficas. Puede un mineral isótropo presentar pleocroismo? No, ya que el mineral absorberá las mismas longitudes de onda de la luz blanca independientemente de la dirección cristalográfica). Y una sección isótropa de un anisótropo? No, ya que en esa sección el mineral se comporta como un mineral isótropo. Cuándo un mineral es pleocróico es anisótropo? Si, un mineral que presenta pleocroísmo es anisótropo.

6 6 De Refracción: Relieve: Relieve es una medida de la diferencia relativa en índice de refracción entre un grano de mineral y su entorno (otros minerales, o vidrio, o bálsamo de Canadá). El relieve se determina visualmente en LPP. Se usa para estimar el índice de refracción de los minerales. Es un grado de visibilidad de un sólido sumergido en un medio de inmersión. La sensación de relieve depende de la diferencia (diferencia de velocidades) entre los índices de refracción de ambos medios. Formación de zonas oscuras como consecuencia del fenómeno de la refracción. *Línea de Becke: Se observa visualmente en LPP, se usa para estimar el índice de refracción de los minerales en función del epoxy (n=1.54). Se aplica bajando la platina (desenfocando). La línea de becke se mueve hacia el bálsamo si n mineral < n bálsamo. La línea de becke se meuve hacia el mineral si n mineral > n bálsamo. *Mayor n=>mayor relieve. *Pleocroismo de Relieve: Variación del relieve al girar la platina.

7 7 Materiales Isótropos: Las propiedades son independientes de la dirección. La velocidad de la luz cambia cuando ingresa al mineral, pero es la misma en todas las direcciones. No modifican la dirección de polarización de la luz, independientemente de la orientación del mineral. Minerales Anisótropos: Las propiedades depende de la dirección. La luz polarizada que ingresa al cristal es separada (splitting) y reorientada en dos componentes polarizadas que vibran perpendicularmente entre si y que viajan a distinta velocidad (un rayo lento y uno rápido). Los minerales anisótropos muestran la propiedad de la doble refracción: la luz se desdobla en dos rayos con trayectorias y velocidades diferentes. Los minerales anisótropos muestran la propiedad de la doble refracción: la luz se desdobla en dos rayos con trayectorias y velocidades diferentes. El rayo lento tiene n mayor al rayo rápido (n rayo lento > n rayo rápido). Son rayos polarizados que vibran en direcciones perpendiculares entre sí. Existe un retardo entre los dos. *Retardo: Distancia de camino recorrido por ambos rayos. Se expresa en fracciones de longitudes de onda. Va a depender del espesor del cristal y de la diferencia en las velocidades de cada rayo.

8 8 *Rayo Ordinario (w o O): vibra perpendicular al plano que contiene al rayo O y al eje óptico. Sigue recto. *Rayo Extraordinario (E, Ɛ): Es deflectado, vibra en el plano que contiene al rayo y al eje óptico. Ambos rayos vibran paralelos a la superficie de incidencia para luz incidente normal, así la interfase que corta la indicatriz es siempre válida, aún para el rayo E. Estos siempre son colineales. *Un rayo de luz dado que penetra en un cristal anisótropo queda restringido a 2 direcciones de vibración (mutuamente perpendiculares) llamadas direcciones privilegiadas. Cada rayo tiene un n distinto: Indicatriz Óptica: superficie que muestra cómo varía el índice de refracción con la dirección de vibración de los rayos. Es una representación en 3D del índice de refracción y la dirección de vibración. Los radios corresponden a los índices de refracción. Cómo sería la indicatriz óptica de un mineral isótropo? Una esfera. o La indicatriz isótropa: La luz viaja en todas direcciones con la misma velocidad por ende n es el mismo en todo el espacio. La birrefringencia es: Minerales isótropos: Sistema Cúbico (pirita, granate). Los enlaces químicos son iguales en todas direcciones. Sólo se necesita un índice de refracción para describir como la luz viaja a través del cristal.

9 9 o Indicatriz uniáxica y biáxica: Indicatriz Uniaxial: La indicatriz no es una esfera sino un elipsoide de revolución: Tienen un único eje óptico (eje c) y la forma de la indicatriz refleja la rotación alrededor del eje óptico.

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13 13 *Indicatriz Biaxial: Sistemas ortorrómbico, monoclínico y triclínico. (Clinopiroxeno, feldespato)

14 14 Interferencia de Ondas Polarizadas en Planos Perpendiculares: o Las dos ondas pueden estar en fase si o Las dos ondas pueden estar fuera de fase si: Qué ocurre cuando una onda polarizada que entra a un medio anisótropo? Se divide en un rayo extraordinario y uno ordinario que viajan a distintas velocidades. La onda rápida (ordinaria) llega antes a la salida que la onda lenta (extraordinaria). La dirección de la onda resultante será el resultado de la diferencia de fase que experimentan la onda ordinaria y extraordinaria dentro del cristal. Interferencia: La luz polarizada plana entra al cristal que se divide en 2 onda que vibran perpendicularmente entre sí, pero viajan a distintas velocidades (recorrerán distintas longitudes de onda), al salir la onda tendrá distinta fase.

15 15 Retardo: Tabla de colores de interferencia: Muestra la relación entre color de interferencia, birrefringencia y espesor de muestra. Para encontrar la birrefringencia hay que buscar en una sección que contenga el n máximo de órdenes de colores, por lo general se logra en los bordes del grano. Luego ir a tabla, seleccionar 30 um en la horizontal e intersectar la línea oblicua con el color máximo observado.

16 16 *Glass, a few isotropic minerals, liquids (fluid inclusions), and gases (air bubbles) stay black in all orientations. Ángulo de Extinción: la extinción es una función de la relación entre la orientación de la indicatriz y la orientación cristalográfica. Cuando el cristal está orientado de tal forma que la dirección de vibración de uno de los rayos (x o z) es paralela al polarizador, se produce la extinción. La extinción se produce cuando las direcciones de vibración del rayo coinciden con la dirección de vibración del polarizador y analizador. o Extinción Paralela: Todos los minerales uniáxicos muestran extinción paralela. Los Ortorrómbicos también. Esto es porque los ejes minerales y los ejes de la indicatriz coinciden. o Extinción Inclinada: Se da en minerales Monoclínicos y Tríclinicos. Los ejes de la indicatriz no coinciden con los ejes cristalográficos. El ángulo de extinción ayuda a identificarlos. Extinción Paralela Extinción Inclinada La extinción de un mineral anisótropo puede ser recta u oblicua en función del ángulo de extinción (El ángulo que forman en un mineral determinadas direcciones cristalográficas preferentes (p. ej., caras cristalinas, líneas de exfoliación) con sus direcciones de extinción (o direcciones ópticas de vibración)) Extinción Recta o Paralela: el mineral se extingue con la exfoliación o caras cristalinas preferentes paralelas a las direcciones de vibración de los dos polarizadores. Extinción Oblicua: el mineral se extingue cuando las direcciones de vibración de los dos polarizadores forman un determinado ángulo con la exfoliación o caras cristalinas preferentes del mineral.

17 17 Signo de Elongación: Indica cuál de los dos rayos que salen de un mineral anisótropo es el rápido y cuál el lento. o El signo de elongación es positivo si el rayo lento vibra paralelamente a la máxima longitud del cristal. o El signo de elongación es negativo si el rayo rápido vibra paralelamente a la máxima longitud del cristal. Para determinar el signo de elongación es necesario emplear la lámina compensadora. Lámina Compensadora: Lámina de un mineral anisótropo conocido (mica 147 nm, cuarzo variable, yeso 530 nm) con un retardo conocido. Introducen un retardo adicional al del mineral de la LTP. Se dispone NW-SE. Puede haber adición de retardo o sustracción de retardo. Cómo se determina? Se orienta el cristal problema para que uno de sus rayos sea paralelo al rayo lento de la lámina compensadora. *Buscar posición de extinción. * Girar 45º (máxima iluminación). * Insertar compensador (rayo lento siempre a 45º del retículo). Figuras de Interferencia: Fenómenos típicos que se emplean para discernir si un mineral anisótropo es uniáxico o biáxico. Para observar las figuras de interferencia se emplea la iluminación conoscópica. Luz Conoscópica (Convergente): Solo el rayo central del cono incide perpendicularmente; el resto de los rayos que salen del cono se propagan a lo largo de diferentes direcciones cristalográficas en el cristal. Para usarla se debe introducir el lente condensador bajo la platina (para generar incidencia conoscópica en la muestra) y luego se debe introducir el Lente de Bertrand sobre la platina (para capturar la figura de interferencia en el plano focal trasero del objetivo). Uno observa la imagen que se genera en el plano focal de los objetivos (que se llama figura de

18 18 interferencia, y observamos gracias al lente de Bertrand que toma la imagen focal del objetivo y la lleva al ocular).

19 19 o Isocromas: Curvas de igual retardo (bandas de igual color de interfrencia). o Melatopo: Punto de emergecnia del eje óptico Figuras de interferencia-uniáxico El signo óptico es positivo si el rayo ordinario es el rápido. El signo óptico es negativo si el rayo extraordinario es el rápido. Ejemplo:

20 20 Figuras de interferencia-cristales Biáxicos:

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