Proprietati fizice si oprice ale mineralelor

Proprietati fizice ale mineralelor

Mineral: Substanta anorganica formata pe cale naturala, in stare solida, cu o compozitie chimica definita si aflata in stare cristalizata. Pentru identificarea mineralelor, deosebit de importanta este cunoasterea proprietatilor fizice ale acestora. Principalele proprietati fizice, care constituie elemente caracteristice pentru recunoasterea mineralelor, pot fi grupate, asa dupa cum se va vedea, in mai multe categorii.

Pot fi considerate minerale si unele lichide (mercurul), precum si unele solide amorfe (aproximativ 0 % din totalul mineralelor).
Proprietatile mineralelor pot fi determinate:

n    cu ochiul liber;

n    cu ajutorul microscopului;

n    cu instrumente care folosesc radiatii din spectrul luminii.

La acestea se mai adauga o serie de metode fizico - chimice care distrug partial sau total mineralul:

n    incalzirea (metoda termogravimetrica);

n    atacul cu acizi;

n    teste de culoare.

PROPRIETATI MORFOLOGICE. Din punct de vedere morfologic, mineralele reprezinta o combinatie de fete care imbraca mineralul denumita tracht, precum si modul de dezvoltare relativa a acestora - habitus.

Habitusul plecand de la modul in care cristalul se dezvolta in cele trei dimensiuni, distingem trei situatii majore:

Habitus IZOMETRIC - cristalele se dezvolta egal in toate cele trei directii ale spatiului.

Fig. 30 - Caracteristicile habitusului izometric

Acest tip morfologic caracterizeaza predominant mineralele cristalizate in sistemul cubic granati, pirita, halit (sare gema), galena, diamant, fluorina, aur, magnetit.].

Habitus PRISMATIC- cristalele se dezvolta predominant intr-o directie.

Fig. 31 - Caracteristicile habitusului prismatic

Tipuri:

n    prismatic ss. (amfiboli, piroxeni);

n    columnar (cuart, turmalina);

n    acicular (stibina, rutil);

n    fibros (asbest).

. Habitus TABULAR - cristalele se dezvolta predominant in doua directii.

Fig. 32 - Caracteristicile habitusului tabular

Tipuri:

n    tabular (sanidina-feldspat);

n    lamelar (oligist);

n    foios (mice).

. TRACHTUL - anumite minerale prezinta o combinatie de fete caracteristice pentru determinarea lor:

n    dodecaedru romboidal - granat;

n    cub - galena, pirita, halit, diamant;

n    octaedru - diamant, aur, magnetit;

n    prisme patratice - zircon, vezuvian;

n    bipiramida haxagonala - corindon;

n    romboedru - cinabru, calcit, hematit, dolomit, siderit;

n    scalenoedru - calcit, rodocrozit;

n    fete de prisma - ortoza, hornblenda, microclin;

n    forme aciculare - stibina, tremolit, actinot etc..

Uneori, fetele nu sunt perfect netede, prezentand unele striatii orientate paralel sau intersectate intre ele. Alteori aceste striatii sunt paralele intre ele si paralele cu alungirea cristalului (ex. turmalina), sau sunt paralele intre ele, dar perpendiculare pe directia de alungire a cristalului (ex. cuart).

Originea striatiilor este rezultatul, fie a repetarii multiple a unor fete vecine inguste, fie rezultatul maclarii polisintetice.

CONCRESTERI - mineralele formeaza adesea edificii cristaline, cu forme caracterizate de orientarea reciproca a indivizilor in timpul formarii lor. Aceste concresteri pot include cristale apartinand aceleasi specii minerale sau a specii minerale diferite.

1.3.1.Concresteri de cristale apartinand aceleasi specii minerale

1.3.1.1. Concresteri regulate.

n    Concresteri paralele - doua sau mai multe cristale dispuse astfel incat elementele lor geometrice (fete, muchii), sau elementele de simetrie (axe), sa aiba o orientare comuna. Ex. - geode de cuart, baritina, etc

Fig. 33 - Concrestere paralela - cristale de cuart

n    Concresteri scheletice - reprezinta concresteri arborescente, ramificate, dantelate, formate din indivizi cristalini cu dezvoltare incompleta.

Fig. 34 - Concrestere scheletica de aur Dendrite de mangan

n    Dendritele - concresteri arborescente care caracterizeaza in general elementele native (Au, Ag, Cu).

. Concresteri simetrice - Maclele - sunt concresteri de doua sau mai multe cristale apartinand aceleiasi specii minerale, orientate unul fata de altul dupa legi bine determinate. Elementele caracteristice ale unei macle sunt: planul de macla si axul de macla. Principalele tipuri de macle sunt: de justapunere (hemitropie), de penetratie si mimetice.

Fig. 35 - Macla albit - Karlsbad - ortoza

1.3.1.3. Conresteri neregulate - in majoritatea cazurilor, cristalele formeaza agregate granulare fara forme proprii (xenomorfe), care pot fi observate cu ochiul liber sau cu ajutorul microscopului. Alteori, ele au aspecte caracteristice - stalactite, stalacmite, mase reniforme, agregate bacilare etc

Concresteri de cristale apartinand unor specii diferite de minerale.

1.3.2.1. Concresteri epitaxiale - Prin epitaxie se intelege asocierea unor specii minerale diferite, conditionate de dispunerea paralela a unor elemente de simetrie ale unui mineral fata de elementele de simetrie ale altui mineral diferit. Ex: rutil si oligist, rutil si biotit, pirita si galena, albit si ortoza.

Fig. 36 - Concrestere epitaxiala

Fig. 37 - Concrestere epitaxiala

1.3.2.2. Concresteri pseudosferulitice - Corpuri aproximativ sferice in care coexista mai multe specii minerale. In functie de tipul mineralelor si modul lor de asociere se disting (Rosenbuch, Voght) mai multe tipuri: variolite, felsosferite, litofize, chondre.

Concresteri cu forme neregulate - in majoritatea cazurilor mineralele formeaza agregate granulare fara forma proprie cum ar fi stalactite, stalacmite, depuneri ritmice, etc

Fig. 38 - Depuneri ritmice (cristalizari ale substantelor coloidale)

2. PROPRIETATI LEGATE DE COEZIUNE - Coeziunea reprezinta rezultanta fortelor de atractie si respingere dintre particulele materiale care constituie structura reticulara a mineralului.

Duritatea - reprezinta gradul de rezistenta pe care mineralul il opune unei actiuni mecanice exterioare. In functie de natura acestei actiuni mecanice deosebim mai multe tipuri de duritati:

la zgariere, la slefuire, la penetratie..Cel mai frecvent se recurge la aprecierea duritatii la zgariere, printr-o metoda simpla care consta in zgarierea unui mineral cu un altul a carui duritate este cunoscuta. Diferenta de duritate se apreciaza pe baza unei scari a duritatii intocmita de mineralogul F. Mohs in anul 1812. Scara lui Mohs cuprinde 10 minerale etalon, iar restul mineralelor sunt cuprinse in acest interval.

Scara lui Mohs: 1. Talc; 2. Gips; 3. Calcit; 4. Fluorina; 5. Apatit; 6. Ortoza; 7. Cuart; 8. Topaz; 9. Corindon; 10. Diamant.

Cresterea duritatii nu este liniara, duritatea reala a termenilor acestei scari este urmatoarea: 1. Talc (1); 2. Gips (41¹/₂); 3. Calcit (148 ¹/₂); 4. Fluorina (165); 5. Apatit (214¹/₂); 6. Ortoza (1.221); 7. Cuart (3.960); 8. Topaz (5.775); 9. Corindon (33.000); 10. Diamant (4.620.460). Pentru comparatie iata valoarea aproximativa a duritatii unor materiale comune: 5.5 sticla, cutit de otel; 4.5 cui moale; 3.5 moneda de cupru; 2.5 unghie. O alta metoda de determinare a duritatii prin zgariere este metoda sclerometrului conceput de A. Seebeck in 1839. Cu ajutorul acestui dispozitiv se pot obtine anumite trasee caracteristice numite curbe de duritati care exprima variatia duritatii cu directia.

Aceasta proprietate este foarte importanta pentru a estima comportarea mineralelor in diferite procese petrogenetice. Un exemplu in acest sens il reprezinta zacamintele detritice (diamant, topaz, safir, zircon) care sunt formate in general din minerale cu o duritate ridicata. In zacamintele metamorfice, mineralele cu forta de cristalizare mare au si o duritate mare (micele muleaza granatii). O mare importanta o are duritatea si in anumite procese tehnologice ( tehnica de foraj, mecanica fina etc.).

2.2.Clivajul - este o proprietate fizica caracteristica mineralelor cristalizate, care consta in divizarea sau desfacerea mai mult sau mai putin lesnicioasa dupa fete sau plane de minima coeziune. Aceasta proprietate este deosebit de importanta deoarece se manifesta pe orice fragment de mineral, chiar daca acesta este lipsit de forma cristalografica si nu depinde de conditiile in care s-a format cristalul.

Fig. 39 - Clivajul la fluorina si la mice

Caracteristicile clivajului

Clivajul este apreciat calitativ, distingandu-se astfel mai multe tipuri de clivaj: perfect, foarte bun, bun, distinct, slab, absent. Un aspect important, cu privire la clivaj, il reprezinta si directia pe care acesta il manifesta in cadrul unui cristal. Atat directia de clivaj cat si calitatea sa, reprezinta elemente definitorii in determinarea anumitei specii minerale. Ex: biotitul - clivaj perfect (001), blenda - clivaj perfect (011), galena - clivaj pertect (001), hornblenda - clivaj foarte bun (110), pirotina - clivaj imperfect (0001), realgarul - clivaj distinct (010), rodocrozitul - clivaj perfect (1011), sfenul - clivaj distinct (010), grafitul - clivaj perfect (0001), calcopirita - clivaj slab (110), caolinitul - clivaj perfect (001) etc..

2.3. Spartura - Se apreciaza practic forma suprafetei sparturii. In acest fel deosebim: spartura concoidala (cu suprafete curbe) - cuart, minerale amorfe; spartura aschioasa - stibina etc

2.4. Elasticitatea si plasticitatea. Daca asupra unui mineral actioneaza forte exterioare, acesta sufera modificari ale formei si dimensiunilor, dar in cadrul aceluiasi volum. Aceste deformatii pot fi reversibile sau ireversibile, primele reprezentand deformatii elastice, cel de al doilea tip, deformatiile plastice si rupturale.

Elasticitatea - Elasticitatea reprezinta proprietatea unui mineral de a reveni la forma initiala, dupa incetarea unei forte care a actionat asupra sa. Ea poate varia cu directia sau poate fi aceeasi in toate directiile in corpurile amorfe. Valorile coeficientilor de elasticitate duc la posibilitatea de identificare a unor minerale care au un comportament specific din acest punct de vedere:

n    minerale cu elasticitate ridicata: se indoaie puternic fara sa-si piarda elasticitatea; exemplu: micele;

n    minerale cu elasticitate mica: se indoaie putin, uneori ramanand in continuare indoite dupa incetarea actiunii externe; exemplu: gipsul, talcul, cloritul;

n    minerale care se indoaie usor, dar care au coeziune foarte mare; acestea sunt maleabile si ductile; exemplu: aurul, argintul, cuprul, calcozina, argentitul;

n    minerale cu elasticitate mica si coeziune mica; acestea sunt casante; exemplu: stibina, cuartul, tetraedritul.

Plasticitatea. Daca prin actiunea sa, o forta exterioara produce asupra unui cristal o deformatie ireversibila, spunem ca deformatia este plastica, iar despre cristal ca este plastic. Este important de mentionat ca deformarea plastica se face fara pierderea coeziunii cristalului. Exemple de minerale plastice: gheata, sarea, calcitul.

In unele cazuri, la unele minerale se constata si deplasari treptate a unor portiuni din masa lor, prin urmare alunecari in trepte (translatii), efecte cu aspect de deformatii plastice. Translatia se petrece intr-un anumit plan; intr-o anumita directie, planul de translatie corespunde unor anumite fete cristalografice cu indici mici si care nu se confunda cu planele de clivaj, iar directia de deplasare este un sir reticular cu parametrii mici. Capacitatea de translatie este egala in ambele sensuri ale aceleiasi directii.

Observatii practice

Se vor exemplifica pe esantioane toate aceste proprietati. In final se va da un test teoretic si practic cu mineralele pe care se pot observa una sau mai multe din aceste proprietati.

PROPRIETATI OPTICE

In explicarea proprietatilor optice (macroscopice) ale mineralelor se apeleaza atat la teoria corpusculara, cat si la teoria ondulatorie a luminii. Culoarea, luciul, transparenta, luminiscenta mineralelor rezulta in principal din absorbtia energiei radiante in domeniul vizibil. Prin intermediul echipamentelor moderne de cercetare s-a putut sesiza ca spectrul de absorbtie al mineralelor este in strinsa legatura cu tipurile de ioni/atomi prezenti in reteaua cristalina a mineralelor si cu tipurile de legaturi chimice care se stabilesc intre particulele din retea.

3.1. Proprietati optice macroscopice

3.1.1. Culoarea mineralelor. Tipuri de culori. Mineralogii recunosc trei tipuri de compusi minerali colorati:

n    Compusi colorati idiocromatic - un mineral este colorat idiocromatic (idios = propriu), daca o parte importanta din constitutia sa este reprezentata prin elemente cunoscute sub denumirea de cromofori (ioni capabili sa produca efecte de absorbtie, generand astfel culoarea). Exemple de minerale idiocromatice: olivina, piroxenii, amfibolii.

n    Compusi colorati allocromatic - un mineral este colorat allocromatic (allos = strain) datorita unor substante straine care pot sa apara in reteaua cristalului sau in afara acesteia. Aceste substante straine pot fi elemente chimice (intrate in retea datorita fenomenelor de izomorfism, izo - sau heterovalent), prin faze minerale solide retinute de mineral ca urmare a sincristalizarii sau ca urmare a unor impurificari mecanice. Exemple de minerale colorate allocromatic: ametist (cuart violet), citrin (cuart galben), morion (cuart cenusiu), smaragd, rubin, etc. Allocromatismul nu este specific numai mineralelor cristalizate, acesta poate fi intalnit si la substantele amorfe (gelurile de silice). In aceste situatii substantele straine sunt imprastiate in masa coloidului.

n    Compusi colorati pseudocromatic - la unele minerale transparente se observa un joc de culori datorat reflexiei si interferentei undelor luminoase pe suprafetele interioare ale planelor de clivaj. Un exemplul specific in acest sens il constituie labradorul (feldspat plagioclaz).

Iata in continuare o serie de minerale etalon care pot fi identificate pe baza culorii lor: ametistul - violet, azuritul - albastru, malachitul - verde, auripigmentul - galben, cinabrul - rosu, molibdenitul - cenusiu de plumb, covelina - albastru indigo, cuprul nativ - rosu aramiu, calcopirita - galben de alama, etc..

Culoarea urmei mineralelor. Aceasta reprezinta de fapt culoarea pulberii fine a unui mineral. Aceasta determinare se realizeaza practic prin trasarea unei linii pe suprafata mata a unei placi de portelan (daca nu aveti la indemana asa ceva, puteti folosi pur si simplu un "patron" de siguranta pentru lumina.

In unele cazuri culoarea urmei coincide cu nuanta culorii mineralului. Exemplu: cinabrul (este rosu si prezinta urma rosie). In alte cazuri diferenta dintre culoarea mineralului si culoarea urmei este evidenta. Exemplu: hematitul (cenusiu de otel si lasa urma rosie), pirita (galben de pirita si lasa urma neagra), etc

Luciul. Tipuri de luciu. Calitatea luciului este dependenta de cantitatea de lumina reflectata, functie de existenta energiilor diferentiate a orbitalilor din structura electronica a elementelor constitutive. Indicele de refractie (n) are un rol esential in manifestarea unei anumite calitati a luciului, in cazul mineralelor transparente.

(n +1)²

R = Relatia lui Fresnel; n = 1 - 1.9

(n-1)² R = 0 - 0.1

Tipuri de luciu:

A.      Luciul metalic, este specific mineralelor opace care absorb puternic radiatiile luminoase, au indici de refractie mari (n>3) si capacitate de reflexie mare (R>0.3). Acest tip de luciu este intalnit la unele elemente native (aur, argint, cupru etc.), la unele sulfuri (pirita, galena, calcopirita, etc.) si la unii oxizi opaci (magnetit, etc.).

Luciu semimetalic, caracteristic mineralelor transparente sau semitransparente cu indici de refractie foarte mari (2.6<n<3) si indice de reflexie cuprins intre 0.2 - 0.3. Acest luciu este intalnit in special la oxizi si unele sulfuri (exemple: cupritul, cinabrul, hematitul, etc.).

B.   Luciul adamantin, este caracteristic mineralelor transparente cu indici de refractie mari (1.9 < n < 2.6), iar indicele de reflexie este cuprins intre 0.1 si 0.2; (exemple: sulful nativ, blenda, rutilul, diamantul).

C.   Luciul sticlos, caracterizeaza mineralele transparente cu valori mai mici pentru indicele de refractie (1.3<n<1.9 si 0<R<0.1). In general mineralele din aceasta categorie au o retea ionica; (exemple: fluorina, calcitul, cuartul, corindonul, granatii, baritina, etc.).

Transparenta

Transparenta este data de raportul dintre radiatiile transmise si cele imprastiate, rezultate in urma interactiunii unui cristal cu un fascicul luminos.

Coeficientul de transparenta este dependent de natura chimica a mineralului, structura sa si de natura radiatiei incidente.

In functie de gradul de transparenta, cristalele se impart in:

n      Transparente - cristalele de cuart (cristale de stanca), calcit (spatul de Islanda), rubin, topaz, diamant, etc

n      Semitransparente - smaragd, blenda, cinabru, etc..

n      Opace - pirita, galena, magnetit, hematit, etc

Transparenta unui mineral depinde de diferenta de intensitate a radiatiei incidente (I₀) si intensitatea luminoasa iesita din mediu (I):

a= I₀ / I

a fiind coeficientul de transparenta.

Exista minerale care nu sunt transparente decat in sectiuni subtiri (muscovitul, biotitul, etc); acestea, cand nu sunt trecute in foite subtiri sunt practic opace.

Luminiscenta.

Unele cristale pot emite in anumite conditii specifice radiatii electromagnetice din domeniul vizibil. In functie de modul de manifestare a fenomenului de luminiscenta deosebim mai multe tipuri:

n      Fluorescenta - luminiscenta este produsa instantaneu, la interactiunea cu radiatia luminoasa (ex. diamantul, blenda, gipsul, aragonitul);

n      Fosforescenta - reprezinta fenomenul de transmitere a luminii tardiv si cu micsorarea treptata a intensitatii (ex. fosfatii);

n      Termoluminiscenta - reprezinta fenomenul de emisie a luminii ca rezultat al cresterii temperaturii mineralului (incalzire) - ex. diamant, corindon, cuart, apatit, zircon;

n      Chemoluminiscenta - reprezinta fenomenul de emisie a luminii ca rezultat al unor reactii chimice (realizat in special in prezenta elementelor din grupa pamanturilor rare);

n      Triboluminiscenta - unele minerale emit lumina in urma unui proces de frecare, zdrobire sau in urma altor actiuni de natura mecanica.

3.2.Proprietati optice microscopice

Datorita faptului ca mineralele aparute in natura au dimensiuni foarte reduse in majoritatea cazurilor, cat si faptului ca ele apar asociate in diverse agregate formand rocile sau minereurile, determinarea si studierea lor pe baza proprietatilor macroscopice mai sus prezentate, este de cele mai multe ori improprie. In acest sens un rol foarte important revine proprietatilor optice microscopice, acestea constituind o cale foarte eficienta pentru determinarea si cunoasterea mineralelor.

Pentru studierea proprietatilor optice ale mineralelor transparente, se utilizeaza microscopul polarizant (petrografic). El are o constructie asemanatoare microscopului obisnuit, dar este prevazut cu un dispozitiv pentru producerea si analizarea luminii polarizate. Acest dispozitiv este format din doi nicoli (polarizor si analizor), intre care se aseaza sectiunea subtire care urmeaza sa fie analizata. Acesti nicoli pot fi confectionati din calcit (spat de Islanda) sau din filtre polaroide.

Microscopul mai dispune si de o masuta rotativa gradata (platina). Astfel, probele supuse analizei se vor putea roti in jurul axei optice a microscopului. Unghiul de rotatie poate fi masurat cu ajutorul unor repere fixe dispuse pe suportul masutei (vernier).

Materialul mineralogic sau petrografic care urmeaza a fi analizat la microscopul polarizant, este taiat si slefuit sub forma unor preparate foarte subtiri - sectiuni subtiri. Acestea trebuie sa aiba fetele perfect paralele si o grosime de 0.02 - 0.03 mm, grosime la care majoritatea mineralelor sunt transparente. Sectiunea astfel obtinuta (avand o suprafata de 1 - 2 cm²) se lipeste pe o lama de sticla cu ajutorul balsamului de Canada sau a unui produs sintetic - CEDAX (amandoua avand indice de refractie cunoscut - n = 1.54), iar deasupra se asaza o lamela de sticla subtire, pentru protectie.

Exista o serie de proprietati care se evidentiaza cu un nicol in lumina paralela si o alta categorie in doi nicoli incrucisati.

Proprietati optice observate cu un nicol (1N, N II):

forma si conturul mineralelor.;

clivajul mineralelor;

culoarea si pleocroismul mineralelor;

refringenta sau relieful mineralelor;

incluziunile mineralelor.

Proprietati optice observate cu doi nicoli (2N, N +):

izotropia si anizotropia mineralelor;

extinctia;

birefringenta;

maclele;

structuri zonare.

Proprietati optice observate cu un nicol (1N, N II).

3.2.1.1. Conturul - este considerat idiomorf (euhedral), hipidiomorf (subhedral) sau xenomorf (anhedral), dupa cum mineralul studiat este delimitat numai de fete cristalografice, delimitat partial de fete cristalografice si respectiv lipsit complet de aceste forme. Aceasta observatie este foarte importanta datorita concluziilor care pot fi trase despre ordinea formarii (cristalizarii) mineralelor; cele cu contur idiomorf sunt primele formate, urmate de cele hipidiomorfe si in cele din urma de cele xenomorfe.

Fig. 40 - Contur idiomorf hipidiomorf xenomorf

3.2.1.2.Habitusul - modul de dezvoltare al cristalelor in spatiu (este clasificat similar cu modul de apreciere macroscopica). Prin urmare habitusul poate fi:

izometric

prismatic (acicular)

tabular (foios)

O mentiune care trebuie facuta este urmatoarea - analiza microscopica facandu-se pe un material care prin natura sa este practic bidimensional, sunt necesare o serie de precautii in momentul efectuarii observatiilor. Astfel, unele minerale cu habitus tabular sau foios, in functie de pozitia in care sunt "prinse" in sectiune pot sa apara ca avand habitus prismatic sau acicular (exemple frecvente in acest sens sunt micele).

3.2.1.3.Clivajul mineralelor - apare la microscop sub forma unui sistem de crapaturi fine lineare dispuse paralel sau care se pot intersecta sub anumite unghiuri caracteristice pentru diverse specii minerale.

Calitatea clivajului se apreciaza dupa modul de aparitie a acestor crapaturi (mai mult sau mai putin pronuntate). Distingem astfel:

clivaj perfect - caracterizat de linii fine si continui (biotit, muscovit);

clivaj bun - caracterizat de linii mai putin fine si intrerupte (piroxeni, amfiboli);

clivaj imperfect - caracterizat de crapaturi intrerupte si incovoiate sau neregulate (olivina);

clivaj absent - nu exista directii paralele ci numai eventuale sparturi neregulate (granati, cuart).

Fig. 41 - Tipuri de clivaj observate la microscop

Unele minerale pot avea clivaj pe mai multe directii, iar calitatea acestuia poate sa difere cu directia (ex: distenul - clivaj perfect dupa (100), bun dupa (010) si slab dupa (001).

3.2.1.4.Culoarea si pleocroismul mineralelor - unele minerale pot avea culori proprii, caracteristice (idiocromatice) sau pot prezenta culori independente de natura mineralului, datorate in general unor incluziuni fine incorporate in timpul genezei mineralului (allocromatice).

In corpurile amorfe sau in cristalele optic izotrope culoarea ramane constanta (pentru o anumita grosime a sectiunii) pe parcursul schimbarii pozitiei sectiunii in campul microscopului. In cristalele colorate anizotrop se poate constata o variatie a culorii in sectiuni subtiri in functie de pozitia lor in raport cu planul de vibratie al analizorului. Acest fenomen se numeste pleocroism si se concretizeaza prin schimbarea intensitatii culorii mineralului in timpul rotirii sectiunii. Aceasta variatie de intensitate poate fi mai mult sau mai putin evidenta si este caracteristica pentru diverse specii minerale (ex. de minerale puternic pleocroice: biotitul, amfibolii, turmalina).

3.2.1.5.Refringenta sau relieful mineralelor - In sectiuni subtiri pentru determinarea refringentei mineralelor se recurge la aprecierea reliefului acestora, el ilustrand valoarea indicelui de refractie. Exista mai multe metode de determinare a reliefului, dintre care, din considerente de ordin practic, vom trata una singura - metoda franjei luminoase a lui Becke. Aceasta consta in compararea intr-o sectiune subtire a indicilor de refractie a mineralelor alaturate sau a indicilor mineralelor cu cel al balsamului de Canada (n = 1.54). Procedeul consta in urmarirea sensului de deplasare a franjei luminoase care apare la contactul dintre doua medii cu indice de refractie diferit (franja lui Becke), la departarea sau apropierea sectiunii de obiectivul microscopului. Astfel, daca la departarea sectiunii de obiectiv (operatie care se realizeaza prin rotirea foarte fina a microvizei), franja luminoasa se deplaseaza spre interiorul mineralului analizat, consideram ca acesta are relief pozitiv, daca compararea a fost facuta fata de balsamul de Canada (care este considerat etalon), sau are relief mai accentuat fata de mineralul cu care a fost comparat, dupa caz. Relieful mai accentuat pozitiv reprezinta o valoare mai mare a indicelui de refractie.

Relieful mineralelor poate fi pozitiv sau negativ si poate fi mai slab sau mai puternic. Astfel:

(dupa Lidia Jude, Iosif Draghici -1984)

3.2.1.6. Incluziunile mineralelor - reprezinta corpurile straine inglobate in masa mineralelor care pot fi observate la microscop. Ele pot fi clasificate pe mai multe criterii:

dupa starea de agragare:

gazoase;

lichide;

solide

dupa modul de dispunere in mineralul gazda:

distributie ordonata;

distributie dezordonata.

dupa originea lor:

primare;

secundare

Studiul acestor incluziuni este important in cunoasterea mineralelor, ele sintetizand informatii foarte valoroase, in special referitoare la geneza mineralelor.

3.2.2. Proprietati optice observate cu doi nicoli (2N, N +)

Daca la microscop se folosesc ambii nicoli (ale caror directii de vibratie sa fie perpendiculare), fara ca intre acestia sa fie asezata o sectiune subtire, campul microscopic este intunecat (se obtine obscuritate). Daca se introduce o sectiune subtire se pot observa o serie de proprietati caracteristice.

3.2.2.1.Izotropia si anizotropia optica - mineralele amorfe sau cele cristalizate in sistemul cubic, se intuneca (in nicoli incrucisati) si raman astfel intunecate pe parcursul unei rotatii complete a platinei microscopului (360⁰) - aceste minerale sunt izotrope din punct de vedere optic. Tot izotrop se comporta si mineralele anizotrope sectionate perpendicular pe axa optica. Mineralele cristalizate in celelalte sisteme (in afara celui cubic) se comporta anizotrop - se intuneca (se afla la extinctie) si se lumineaza de patru ori alternativ intr-o rotatie completa de 360⁰.

3.2.2.2.Extinctia - reprezinta momentul de intunecare a unui mineral, datorat suprapunerii directiilor sale de vibratie peste sectiunile principale ale celor doi nicoli. Intre doua extinctii succesive (sau iluminari) este un unghi de 90⁰. Extinctia se raporteaza la un element cristalografic (muchie de cristal, plan de macla, directie de clivaj, etc) - unghiul cuprins intre acest element si pozitia de extinctie poarta numele de unghi de extinctie.

Exista trei tipuri de extinctii:

extinctia dreapta: unghiul de extinctie este 0^O;

extinctie inclinata (asimetrica): unghiul de extinctie este intre 0 - 45⁰;

extinctie simetrica: unghiul de extinctie este de 45⁰ sau cand in momentul extinctiei directia de vibratie bisecteaza unghiul dintre cele doua elemente geometrice ale cristalului.

Unghiul de extinctie este un criteriu important pentru stabilirea sistemului de cristalizare si determinarea mineralelor.

Unghiul de extinctie se masoara in urmatorul mod:

- se pozitioneaza cristalul cu unul din elementele geometrice mai evidente in lungul firului reticular vertical (aflat pe ocular). Daca acesta este intunecat - cristalul are extinctie dreapta. In caz contrar se roteste cristalul pana in cea mai apropiata pozitie de extinctie si se citeste unghiul sub care a fost efectuata rotatia, in dreptul reperului situat pe suportul masutei microscopului (vernierului). Unghiul astfel obtinut este unghiul de extinctie.

In practica, unghiul de extinctie se citeste in sensul in care sectiunea ajunge mai repede, prin rotire, la pozitia de extinctie. Cu alte cuvinte, masuta se poate roti atat la dreapta, cat si la stanga. Unghiurile nu au valori egale si atunci se alege valoarea cea mai mica, valoare data de extinctia cat mai rapida a cristalului.

Fig. 42 - Masurarea unghiului de extinctie

3.2.2.3.Birefringenta - In momentele de iluminare maxima, mineralele anizotrope au coloratii caracteristice - culori de birefringenta. Ele sunt o manifestare a intiazierilor provocate de fiecare mineral in drumul razelor de lumina. Birefringenta este caracteristica fiecarui mineral. Ea poate fi apreciata rapid (prin comparatie) cu ajutorul tabelului Michel Lvi, tabel care reprezinta o serie de diagrame cumulate intr-o diagrama unica care arata suprapunerea culorilor de interferenta din primele patru ordine din scara lui Newton, peste un sistem de coordonate. Acest sistem are in abscisa intarzierile corespunzatoare diverselor ordine de culori de birefringenta, iar pe ordonata grosimile sectiunilor in fractiuni de mm (0.01 mm - 0.06 mm). Datorita sectionarii diferita a cristalelor, la aceeasi specie minerala poate fi intalnita toata gama de birefringente. Un rol diagnostic il are doar birefringenta maxima. Ordinul de culoare se precizeaza cu ajutorul compensatoarelor de mica (muscovit) - l/4 sau de gips (l), care introduc o intarziere de un sfert de unda, respectiv de o lungime de unda.

3.2.2.4.Maclele - Sunt sesizate cu usurinta prin modul diferit de extinctie a indivizilor maclati. Fiecare cristal component al unei macle are o orientare optica proprie. Putem deosebi: macle simple (formate din doi indivizi care sting sub unghiuri diferite fata de planul de macla). Un exemplu in acest sens este macla tip Karlsbad sau Baveno, la ortoza. Maclele polisintetice (multiple) - apar la microscop sub forma unor lamele caracterizate prin doua unghiuri de extinctie in raport cu planul de macla (un unghi pentru indivizii pari si altul pentru cei impari). Exemple de macle polisintetice sunt maclele tip albit (frecvente la feldspatii plagioclazi). O alta macla specifica este macla "in gratar", caracteristica pentru microclin - indivizii maclati formeaza o retea plana rectangulara (fig. 43).

Fig. 43 - Tipuri de macla

3.2.2.5.Structurile zonare - sunt datorate diferentierilor de chimism aparute in momentul genezei cristalelor si apar la microscop sub forma unor zone "concentrice" . Aceste zone prezinta modificari de culoare, culoare de birefringenta sau cel mai adesea momente diferite de extinctie. In functie de proprietatile specifice fiecarei zone (culori, relief, extinctie, birefringenta) putem determina compozitia ei si prin urmare tipul de zonare - normala, inversa, recurenta.

NOTA: In aceasta parte (Proprietati fizice ale mineralelor) a prezentei lucrari, au fost tratate numai acele aspecte considerate de autor importante pentru desfasurare activitatii de laborator, de catre studentii ecologi. Din aceste considerente nu au fost prezentate aspecte legate de proprietatile termice, electrice, magnetice ale mineralelor. Tot in acest sens au fost operate si anumite restrangeri ale capitolelor de proprietati optice microscopice.

4. Relatia chimism - structura - proprietati fizice

Pentru o intelegere mai usoara a cauzelor care genereaza numeroasele asocieri de elemente din scoarta terestra, precum si a implicatiilor pe care le au conditiile din momentul formarii mineralelor, in aparitia unor structuri cristaline diferite, vom prezenta doua fenomene cu caracter determinant in acest sens - izomorfismul si polimorfismul. Mai inainte de toate trebuie spus ca un mineral poate fi definit prin natura sa chimica (compozitia chimica elementara), prin structura interna (modul de aranjare a particulelor: ioni-atomi-molecule) si prin proprietatile fizice (dintre care cele mai importante sunt caracterele morfologice, optice, precum si cele legate de coeziunea mineralelor), aspecte strans legate intre ele.

Aceste legaturi pot fi schitate astfe

	Chimism		Structura cristalina

Chimism      Structua cristalina

Miner

Proprietati fizice

Proprietati fizi

Notiunea de izomorfism - desemneaza substante chimice diferite care pot avea forme cristalografice asemanatoare sau chiar identice. Prin asemanarea formelor cristalografice se are in vedere asemanarea dintre relatiile axiale, a unghiurilor dintre fete, a elementelor de simetrie, a habitusului, a tipurilor de macla si chiar dintre proprietatile macroscopice si microscopice. Izomorfismul implica proprietatea de substitutie a elementelor constitutive intre doua substante capabile sa formeze solutii solide. Doua substante pot fi considerate izomorfe daca indeplinesc urmatoarele conditii:

n      au caracteristici cristalorgafice similare (identitate intre unghiurile fetelor, valori ale constantelor cristalografice similare);

n      pot cristaliza simultan in proportii limitate sau in proportii continue variabile, in acelasi edificiu cristalin;

n      au compozitii chimice asemanatoare.

Intre ionii care se substituie reciproc in cadrul fenomenului de izomorfism exista urmatoarele relatii:

n      diferenta de dimensiune intre razele lor sa nu depaseasca 15% din raza ionului cel mai mic;

n      intre doi ioni cu aceeasi sarcina, dar cu raze ionice diferite, este preferat in retea ionul cu raza cea mai mica;

n      daca ionii au aceeasi raza, dar cu sarcini diferite, este preferat in retea ionul cu sarcina cea mai mare.

Un pas important in intelegerea acestui fenomen a fost facut prin introducerea notiunii de "diadohie" de catre Paul Niggli, reluata apoi de Strunz (1937).

"Doi atomi sau ioni sunt numiti elemente diadochy, atunci cand sunt capabili sa se inlocuiasca total unul pe altul in structura mineralului, in pozitii identice". Cel mai clasic exemplu de elemente diadochy sunt Mg²⁺ si Fe²⁺, in seria izomorfa Forsterit - Mg₂[SiO₄] - Fayalit - Fe₂[SiO₄]. Alte exemple sunt seria carbonatilor trigonali: Calcit - CaCO₃, Magnezit -MgCO₃, rodocrozit - MnCO₃, siderit - FeCO₃, smithsonit - ZnCO₃. Mineralele acestei serii poseda o serie de proprietati foarte asemanatoare, legate de sistem de cristalizare, habitus, clivaj, etc

In afara izomorfismului izovalent (caracterizat de substitutii intre elemente avand valenta similara), intalnim si un izomorfism heterovalent (intre elemente cu valente diferite). In acest caz suma valentelor pozitive trebuie sa fie egala cu suma valentelor negative.

Din punct de vedere al conditiilor care determina aparitia izomorfismului sunt de semnalat temperatura si presiunea. Astfel temperatura ridicata favorizeaza polarizarea particulelor.

Prin polimorfism se intelege proprietatea unei substante de a avea structuri diferite. Diferentierea de structura atrage dupa sine de multe ori deosebiri evidente cu privire la proprietatile mineralelor respective. Structura nu este determinata in mod exclusiv de compozitia chimica a mineralului, ci si de modul de aranjare a particulelor (ioni, atomi) in retea. Structura este prin urmare conditionata atat de chimismul mineralului, cat si de conditiile (presiune, temperatura) care caracterizeaza momentul formarii mineralului. Cel mai clasic exemplu de polimorfism este cel manifestat in cadrul grupei carbonului, reprezentata de doua minerale avand proprietati si caracteristici in mod evident diferite - diamantul (cubic) si grafitul (hexagonal). Un alt exemplu il constituie sulful (rombic si monoclinic).

Termenul consacrat pentru polimorfism este "modificatie". In general modificatiile polimorfe sunt considerate specii minerale de sine statatoare si primesc nume proprii. Fiecare modificatie este stabila intr-un domeniu determinat de presiune si temperatura. Modificarea acestor parametrii determina instabilitatea mineralului si tranformarea sa structurala (care poate fi privita ca o "adaptare") spre modificatia stabila in noile conditii. Modificatiile se noteaza cu literele alfabetului grecesc (a b g,etc.); Ex: a cuart, b cuart; a sulf, b sulf, etc..

Observatii practice

Observatii practice macroscopice in ceea ce priveste culoarea, luciul, transparenta, luminiscenta unor minerale tip. Studiu la microscop pe sectiuni subtiri pentru forma si contur, clivaj, culoare si pleocroism, relief, incluziuni (N II) si respectiv izotropie, anizotropie, extinctie, birefringenta, macle si structuri zonare. Urmeaza un test teoretic si practic.