TRABAJO PRÁCTICO Nº 7 Empleo de compensadores de retardo constante y variable. Objetivo: Utilizar las láminas compensadoras para determinar el orden de los colores de interferencia y la elongación de los minerales. Compensadores Los compensadores son láminas accesorias que se introducen en la ranura o hendidura del microscopio de polarización para caracterizar varias propiedades ópticas diagnósticas de minerales anisótropos. Estas placas están elaboradas con minerales anisótropos, los cuales proporcionan retardos conocidos que se suman o restan al retardo producido por los minerales a analizar. Permiten realizar las siguientes observaciones: - Determinar las direcciones de vibración de los rayos lento (Z) y rápido (X) en el mineral. - Determinar la diferencia de paso o el retardo producido por un mineral para establecer la birrefringencia de la misma. - Determinar el signo óptico sobre figuras de interferencia en las observaciones conoscópicas. - Ubicar la posición exacta de extinción en secciones de baja birrefringencia o fuerte dispersión. Existen distintos tipos de compensadores, pero los más utilizados son: Tipo Nombre Para birrefringencia λ (*) Retardo Color Lámina de mica Baja 1/4 140 mµ Gris de 1 er orden Retardo constante Lámina de yeso Baja a media 1 560 mµ Retardo variable Cuña de cuarzo Media a alta Variable (*) Longitud de onda de la luz de sodio. Rojo de 1 er orden Los compensadores de retardo constante presentan un espesor uniforme; mientras que los de retardo variable poseen un aumento progresivo de espesor (Figura 7.1). Para los compensadores de retardo constante la diferencia o ventaja que se produce entre un rayo y otro al pasar por ellos es conocida. En el caso de la cuña de cuarzo, se inserta inicialmente su extremo delgado en la abertura accesoria del microscopio y se produce un aumento creciente en los retardos a medida que sus porciones más espesas se interponen en el camino de la luz. 53
Medición de la diferencia de paso El método consiste en interponer en el camino de los rayos, debajo del analizador, una lámina anisótropa. Como cualquier mineral anisótropo, el mineral que compone cada compensador posee dos direcciones privilegiadas de vibración perpendiculares entre sí. Como ya hemos visto, el índice de refracción de una sustancia es inversamente proporcional a la velocidad de propagación de la luz en ella. Por lo tanto, la dirección que corresponde al mayor índice de refracción (N) equivale a la dirección del rayo lento Z, y la correspondiente al menor índice de refracción (n) equivale a la dirección del rayo rápido X. En la montura metálica del compensador está indicada la dirección del rayo lento Z con una flecha o línea (Figura 7.1). (a) (b) Figura 7.1. Compensadores de retardo constante (a) y variable (b). Determinación de las direcciones de vibración de los rayos lento (Z) y rápido (X) en un mineral anisótropo En todo cristal anisótropo vibran dos rayos perpendiculares entre sí que se desplazan con distintas velocidades de propagación. Para recordar, el rayo rápido se denomina X y corresponde al menor índice de refracción. El rayo lento denominado Z corresponde por lo tanto al mayor índice de refracción. Las placas compensadoras se colocan en la ranura del microscopio de forma que cruzan el campo visual a 45º de los hilos del retículo (equivale decir a 45º de las direcciones de vibración del polarizador y analizador del microscopio). En esta posición, cuando la sección mineral presenta máxima iluminación (color de interferencia más intenso), las direcciones de vibración de la placa coinciden con las direcciones de vibración del mineral. Pueden darse dos casos: Adición: La dirección de vibración del rayo lento de la placa es paralela a la dirección de vibración del rayo lento del mineral (Zp // Zm) y consecuentemente el rayo rápido de la placa es paralelo al rápido del mineral (Xp // Xm). Es la posición de adición, en la cual la diferencia de paso producida por la placa se suma a la diferencia de paso generada por el mineral. Al colocar la placa se aprecia un aumento en el color de interferencia del mineral. 54
Sustracción: La dirección de vibración del rayo lento de la placa es paralela al rayo rápido del mineral y viceversa (Zp // Xm y Xp // Zm). Es la posición de sustracción, en la cual la diferencia de paso producida por la placa se le resta a la diferencia de paso generada por el mineral. Al colocar la placa se aprecia un descenso en el color de interferencia del mineral. Generalmente se habla de compensación total cuando la placa resta exactamente la diferencia de paso producida por el mineral, en tal caso la birrefringencia se anula y el mineral queda extinguido. Recordar que la lámina de mica (retardo = 140 mµ) se utiliza para minerales de baja birrefringencia; la placa de yeso (retardo = 560 mµ) para minerales de birrefringencia baja a media; en tanto que la cuña de cuarzo (retardo variable) se usa para los que poseen birrefringencia media a alta. Ejemplo con lámina de yeso: 1) Colocar el mineral a analizar en posición de extinción, haciendo coincidir las direcciones de vibración de los dos rayos con los planos de vibración de los nicoles (hilos del retículo). 2) Luego girar la platina unos 45º de la posición de extinción para determinar el color de interferencia en la posición de máxima iluminación. 3) Insertar la lámina de yeso (560 mµ). El color de interferencia del mineral cambiará produciéndose un aumento (adición) o disminución (sustracción) en el color de interferencia: a) Adición: se suman los valores de retardo (retardo de las bandas observadas más el retardo de la placa de yeso) y se corrobora el valor obtenido con los colores de la Tabla de Michel Lévy. Esto ocurre porque las direcciones de vibración lentas y rápidas en el mineral y en el compensador coinciden: Zp // Zm y Xp // Xm (Figura 7.2). Con placa de yeso Adición Z p // Z m X p // X m Posición de extinción Máxima iluminación Anar. 1º... 450 mµ + 560 mµ = Anar. 2º... 1010 mµ Rojo 1º... 560 mµ + 560 mµ = Rojo 2º... 1120 mµ Azul 2º... 700 mµ + 560 mµ = Verde 3º... 1260 mµ Figura 7.2. Direcciones de vibración cuando hay adición. 55
b) Sustracción: se restan los valores de retardo (retardo de las bandas observadas menos el retardo de la placa de yeso) y se corrobora el valor obtenido con los colores de la Tabla de Michel Lévy. Esto ocurre porque las direcciones de vibración lentas y rápidas en el mineral y en el compensador no coinciden: Zp // Xm y Xp // Zm (Figura 7.3). Con placa de yeso Sustracción Z p // X m X p // Z m Posición de extinción Máxima iluminación Anar. 1º... 450 mµ - 560 mµ = Gris 1º... 110 mµ Rojo 1º... 560 mµ - 560 mµ = Negro... 0 mµ Azul 2º... 700 mµ - 560 mµ = Gris 1º... 140 mµ Figura 7.3. Direcciones de vibración cuando hay sustracción. Ejemplo con cuña de cuarzo: Se siguen los mismos pasos que en el caso anterior, pero aquí el efecto aditivo puede determinarse mediante el desplazamiento que muestra la apretada sucesión de colores de interferencia en los bordes acuñados de los granos minerales. - Si al interponer la cuña de cuarzo se genera un movimiento de las bandas hacia el borde del mineral, el proceso es aditivo. - Si al interponer la cuña de cuarzo se genera un movimiento de las bandas hacia el centro del mineral, el efecto es sustractivo. Elongación de los minerales Esta propiedad óptica se determina únicamente en minerales de hábito prismático o acicular (presentan mayor desarrollo en una dirección) utilizando las placas compensadoras. Se denomina elongación (o alargamiento) a la relación que existe entre la mayor dimensión de un cristal (generalmente la dirección del eje cristalográfico c) y la dirección de vibración más próxima, sea el rayo lento Z o el rayo rápido X. La elongación puede ser positiva o negativa, según el siguiente criterio: 56
Positiva: cuando la dirección de vibración más próxima a la mayor longitud del mineral es el rayo lento Z, en consecuencia en esa posición estará el mayor índice de refracción. Ejemplo: piroxenos, anfíboles, olivino, cuarzo, sillimanita, rutilo, zircón, etc. (+) Rayo Lento (Z) Índice > (N) Negativa: cuando la dirección de vibración más próxima a la mayor longitud del mineral es el rayo rápido X, en consecuencia en esa posición estará el menor índice de refracción. Ejemplo: apatita, turmalina, clorita, andalucita, etc. (-) Rayo Rápido (X) Índice < (n) * * * * * Desarrollo del práctico Definir el color de interferencia y la birrefringencia de minerales anisótropos utilizando la tabla de Michel Lévy. Determinar las direcciones de vibración de los rayos lento (Z) y rápido (X) utilizando los distintos tipos de compensadores. En caso de que sea factible, determinar la elongación del mineral. 57