Propiedades ópticas de los cristales y fenómenos de difracción y reflexión

Retardo:

Es la diferencia de fase que penetran los dos rayos. Como consecuencia de la velocidad diferente que llevan los rayos dentro del cristal, un rayo estará retardado con respecto al otro. Al entrar están en fase, al salir pueden no estarlo. Esto puede depender de la diferencia de velocidad entre rayos o el camino recorrido.

Birrefringencia:

Propiedad óptica que se observa solo en cristales anisótropos y consiste en que el rayo que incide en el cristal se descompone en dos rayos perpendiculares entre sí y perpendiculares al rayo incidente y que viajan a diferentes velocidades. Un rayo entra según ε y se descompone según ω. La máxima diferencia en los índices de refracción es cuando el rayo entra por ω.

Difractograma de Rayos X:

Está constituido por una serie de picos. La posición angular de cada pico (efecto) depende del tamaño y forma de la celdilla unidad (Ley de Bragg). La intensidad depende de la naturaleza y posición de los átomos dentro de la celdilla (Factor de estructura). El método más utilizable es el difractómetro automático que nos va a permitir calcular la geometría del cristal.

Ley de Bragg:

Bragg dio una formulación mucho más simple y de mayor aplicación práctica. Donde d es la distancia entre dos planos sucesivos de un cristal, λ es la longitud de onda, n es un número entero que se llama orden de reflexión (n = 1, primer orden; n = 2, segundo orden, etc.), θ es el ángulo de Bragg. Sólo habrá difracción para aquellos valores de θ que satisfagan la ecuación. Se habla de reflexión en lugar de difracción aunque existen diferencias entre ambos fenómenos: La reflexión es un fenómeno de superficie mientras que la difracción es un fenómeno interno. La reflexión se produce para cualquier ángulo y la difracción sólo para determinados ángulos. El haz reflejado tiene una intensidad similar a la del incidente mientras que el haz difractado tiene una intensidad mucho más baja que el incidente. Despejando de la ecuación de Bragg: senθ = nλ/2d. Para n = 1 tenemos senθ = λ/2d ≤ 1. Por tanto λ ≤ 2d, d está en torno a 1.23 Å, por tanto λ será muy pequeña, de ahí que la radiación visible o ultravioleta no pueda difractar en un cristal. D depende de la geometría del cristal.

Diferencias entre difracción y reflexión:

La reflexión es un fenómeno superficial ya que intervienen los átomos de la superficie; mientras que la difracción es interna ya que intervienen todos los átomos en el recorrido del cristal. La reflexión es para cualquier ángulo de incidencia; mientras que la difracción es solo para los que se cumplen la ley de Bragg. La eficiencia de la reflexión es muy elevada, la intensidad del reflejado es muy parecida al haz incidente. En la difracción, la intensidad del haz difractado es muy pequeña en cuanto el haz incidente.

MINERALOGÍA ÓPTICA. Índice de refracción:

Se representa por n y es adimensional. n = C/Cm, donde Cm es la velocidad de la luz en un medio. Cuando Cm es menor que C, el índice de refracción es siempre mayor a la unidad. Aquel cristal que tuviera n = 1 sería invisible. Este índice permite dividir las sustancias en dos categorías. 1. Sustancias isotrópicas: Donde n es constante, aparecen sobre todo en el sistema cúbico y en amorfas. 2. Sustancias anisótropas: Si el índice de refracción varía con la dirección: 2.1 Uniáxicas: Tienen un eje óptico. Van a tener una dirección en la que n sea constante y en las demás irá variando dos valores de n. Aparecen en el sistema tetragonal, hexagonal y trigonal. 2.2 Biáxicas: Aquellas que van a tener dos direcciones con n constante. Aparecen en el sistema rómbico, monoclínico y triclínico.

Relieve:

Grado de visibilidad o sensación de emergencia de un grano mineral. Depende de la diferencia del índice de refracción entre dos medios. Se genera por la formación de zonas oscuras como consecuencia del fenómeno de la refracción. Mayor relieve - Mayor índice de refracción.

Línea de Becke:

Es una línea brillante que aparece en el contacto entre dos medios con diferente índice de refracción. Aparece con la luz paralela y un solo polarizador cuando desenfocamos la preparación. Aparecerá desplazándose hacia el medio de mayor índice de refracción.

RAYOS X: Generación de rayos x:

Cuando una corriente de electrones con mucha energía choca con un material y es frenada bruscamente.

Difracción de rayos x:

Fenómeno de interferencia constructiva de ondas de rayos x que se produce cuando un haz de rayos x encuentra una serie de obstáculos (átomos) uniformemente espaciados.

Filtro de rayos x:

Suelen ser metales que son capaces de absorber una longitud de onda determinada, dejando pasar otra longitud y obtener una radiación monocromática.

Maclas:

Es un crecimiento conjunto de dos o más cristales de la misma sustancia. Los individuos que forman la macla están relacionados por un elemento de simetría. Son elementos de simetría que relacionan las distintas partes que componen la macla (plano, eje, centro).

Mecanismos de formación de las maclas:

Crecimiento cristalino: Se forma un nuevo individuo sobre la superficie de otro que crece conservando una especial relación cristalográfica (la plagioclasa). Transformación: Al cambiar las condiciones iniciales se producen cambios de fase. Deformación: Por cizallamiento debido a la presión ejercida por el medio. Solución sólida mineral: En una estructura mineral aparecen dos o más elementos distintos con posibilidad de ocupar distintas posiciones.

Polimorfismo:

Capacidad de una sustancia química para cristalizar en más de un tipo de estructura cristalina (depende de la P y la T). Ej: El compuesto SiO₂ puede tener estructuras diferentes que serán minerales diferentes (cuarzo, tridimita, cristobalita, coesita).

Pseudomorfismo:

La existencia de un mineral con la forma cristalina externa de otra especie mineral. Sustitución: Renovación gradual del material primario por reemplazamiento por otro sin reacción química. Incrustación: Se deposita una costra de un mineral sobre los cristales de otro. Alteración: Adición solo parcial de un material nuevo o renovación parcial del material primario.

Drusa:

Conjunto de cristales que abren la superficie de una piedra.

Conductividad:

El tipo de enlace atómico determina la conductividad eléctrica de un mineral. Aquellos con enlaces de tipo metálico, tales como los metales nativos, son excelentes conductores. Los sulfuros, con enlaces solo parcialmente metálicos, son semiconductores, mientras que los minerales con enlaces iónicos o covalentes son no conductores. La conductividad es una magnitud vectorial y para los minerales no cúbicos varía en función de la orientación cristalográfica. Ej: Grafito. Conducción mucho mayor según direcciones perpendiculares al eje C que según direcciones paralelas al mismo.

Piezoelectricidad:

Facultad que presentan ciertos minerales de producir una corriente de electrones si se ejerce una presión sobre un extremo de su eje polar. Todos los minerales que cristalicen según sistemas que presenten dichos ejes polares presentarán esta propiedad, pero solo unos pocos de ellos lo hacen con una intensidad suficiente para ser medida. Ej: Cuarzo y Turmalina.

Piroelectricidad:

Los minerales que presentan un eje polar único al ser sometidos a un gradiente de temperaturas desarrollan simultáneamente cargas positivas y negativas en los extremos opuestos del eje. Ej: Minerales como el cuarzo con más de un eje polar pueden presentar una polaridad piroeléctrica denominada secundaria resultante de la deformación producida por una expansión térmica desigual.