Ulexita
Mineral (hidróxido de borato de calcio y sodio hidratado)
Ulexita
Ejemplar de ulexita de California
General
CategoríaNesoboratos
Fórmula
(unidad repetitiva)		NaCaB5O6 ( OH ) 6 · 5H2O​​
Símbolo IMAUlx [1]
Clasificación de Strunz6.EA.25
Clasificación de Dana26.05.11.01
Sistema de cristalTriclínica
Clase de cristalPinacoidal ( 1 )
(mismo símbolo H–M )
Grupo espacialPág. 1
Celda unitariaa = 8,816(3)  Å , b = 12,87 Å
c = 6,678(1) Å; α = 90,25°
β = 109,12°, γ = 105,1°; Z = 2
Identificación
ColorIncoloro a blanco
Hábito de cristalAcicular a fibroso
HermanamientoPolisintético en {010} y {100}
EscisiónPerfecto en {010} bueno en {1 1 0} malo en {110}
FracturaDesigual
TenacidadFrágil
Dureza en la escala de Mohs2.5
LustreVítreo; sedoso o satinado en agregados fibrosos
RachaBlanco
DiafanidadTransparente a opaco
Peso específico1,95–1,96
Propiedades ópticasBiaxial (+)
Índice de refracciónn α  = 1,491–1,496
n β  = 1,504–1,506
n γ  = 1,519–1,520
Birrefringenciaδ = 0,028
Ángulo de 2 VMedido: 73–78°
Fluorescencia ultravioletaDependiendo de las impurezas fluorescentes, la ulexita puede presentar fluorescencia amarilla, amarilla verdosa, crema y blanca bajo ondas cortas y ondas largas de luz UV.
SolubilidadLigeramente soluble en agua.
Otras característicasLas masas fibrosas paralelas pueden actuar como conductos de luz de fibra óptica.
Referencias[2] [3] [4]

La ulexita ( / juː ˈ l ɛ k s aɪ t / ) a veces llamada roca TV o piedra TV debido a sus propiedades ópticas inusuales , es un hidróxido de borato hidratado de sodio y calcio con la fórmula química NaCaB 5 O 6 (OH) 6 ·5H 2 O . El mineral se presenta como masas cristalinas redondeadas de color blanco sedoso o en fibras paralelas. La ulexita recibió su nombre del químico alemán Georg Ludwig Ulex (1811-1883), quien la descubrió por primera vez. [3]

Las fibras naturales de ulexita actúan como fibras ópticas , transmitiendo luz a lo largo de sus ejes longitudinales por reflexión interna. Cuando se corta un trozo de ulexita con caras planas pulidas perpendiculares a la orientación de las fibras, un ejemplar de buena calidad mostrará una imagen de cualquier superficie adyacente a su otro lado. El efecto de fibra óptica es el resultado de la polarización de la luz en rayos lentos y rápidos dentro de cada fibra, la reflexión interna del rayo lento y la refracción del rayo rápido en el rayo lento de una fibra adyacente. [ cita requerida ] Una consecuencia interesante es la generación de tres conos, dos de los cuales están polarizados, cuando un rayo láser ilumina oblicuamente las fibras. Estos conos se pueden ver al observar una fuente de luz a través del mineral. [ cita requerida ]

La ulexita se encuentra en depósitos de evaporita y la ulexita precipitada comúnmente forma un penacho de cristales aciculares en forma de "bolas de algodón". La ulexita se encuentra frecuentemente asociada con colemanita , bórax , meyerhofferita , hidroboracita , probertita, glauberita , trona , mirabilita , calcita , yeso y halita . [2] Se encuentra principalmente en California y Nevada , EE. UU.; Región de Tarapacá en Chile y Kazajstán . La ulexita también se encuentra en un hábito de estratificación similar a una veta compuesto de cristales fibrosos muy compactados.

Historia

La ulexita ha sido reconocida como un mineral válido desde 1840, después de que George Ludwig Ulex, en cuyo honor se le dio el nombre, proporcionara el primer análisis químico del mineral. [5] En una nota al pie de la página 51, el editor afirmó que el mineral de Ulex en realidad era el mismo mineral que el químico estadounidense Augustus Allen Hayes había encontrado en Chile en 1844:

"Es kann wohl keinem Zweifel unterworfen seyn, … Boronatrocalcit umgeändert werden."

—  No cabe duda de que el mineral analizado por el autor es en realidad la hidroborocalcita de Hayes. Por tanto, se debe al señor Ulex conocer la verdadera composición de este mineral. — El nombre "hidroborocalcita" podría entonces cambiarse por el más correcto "boronatrocalcita". [6] [7] [8]

En 1857, Henry How, profesor del King's College de Windsor, Nueva Escocia, descubrió minerales de borato en los depósitos de yeso de los depósitos de evaporación del Carbonífero Inferior en las Provincias Atlánticas de Canadá, donde notó la presencia de un borato fibroso que denominó natro-boro-calcita, [9] que en realidad era ulexita (Papezik y Fong, 1975). [10]

Murdoch examinó la cristalografía de la ulexita en 1940. [11] La cristalografía fue reelaborada en 1959 por Clark y Christ y su estudio también proporcionó el primer análisis de difracción de rayos X de polvo de ulexita. [12] En 1963, Weichel-Moore y Potter explicaron las notables cualidades de la ulexita como fibra óptica. [13] Su estudio destacó la existencia en la naturaleza de estructuras minerales que exhiben características tecnológicamente requeridas. Por último, Clark y Appleman describieron correctamente la estructura de la ulexita en 1964. [14] [8]

Química

La ulexita es un mineral de borato porque su fórmula (NaCaB 5 O 6 (OH) 6 ·5H 2 O) contiene boro y oxígeno. El polianión borato aislado [B 5 O 6 (OH) 6 ] 3− tiene cinco átomos de boro, por lo que la ulexita se ubica en el grupo de los pentaboratos.

La ulexita es un mineral estructuralmente complejo, con una estructura básica que contiene cadenas de octaedros de sodio, agua e hidróxido. Las cadenas están unidas entre sí por poliedros de calcio, agua, hidróxido y oxígeno y unidades masivas de boro . Las unidades de boro tienen una fórmula de [B 5 O 6 (OH) 6 ] 3– y una carga de −3. Están compuestas por tres tetraedros de borato y dos grupos triangulares de borato.

La ulexita se descompone/disuelve en agua caliente. [ cita requerida ]

Morfología

La ulexita forma comúnmente pequeñas masas redondeadas que se parecen a bolas de algodón. Los cristales son raros, pero formarán cristales fibrosos y alargados, orientados en paralelo o radialmente entre sí. Los cristales también pueden ser aciculares, parecidos a agujas (Anthony et al., 2005). [15] El grupo puntual de la ulexita es 1, lo que significa que los cristales muestran muy poca simetría, ya que no hay ejes de rotación ni planos especulares. La ulexita es muy alargada a lo largo de [001]. El plano de maclado más común es (010). La ulexita recolectada de la cantera de yeso de Flat Bay en Terranova exhibe "bolas de algodón" aciculares de cristales con una sección transversal casi cuadrada formada por el desarrollo igual de dos pinacoides. Los cristales tienen aproximadamente 1–3  μm de espesor y 50–80 μm de largo, dispuestos en haces superpuestos, orientados al azar y poco empaquetados (Papezik y Fong, 1975). [10] En general, los cristales tienen de seis a ocho caras con tres a seis caras terminales (Murdoch, 1940). [11]

Propiedades ópticas

Un fragmento de ulexita que muestra propiedades ópticas características

En 1956, John Marmon observó que los agregados fibrosos de ulexita proyectan una imagen de un objeto en la superficie opuesta del mineral. Esta propiedad óptica es común en las fibras sintéticas, pero no en los minerales, lo que le dio a la ulexita el apodo de "roca de televisión". Según Baur et al. (1957), [16] esta propiedad óptica se debe a las reflexiones a lo largo de las fibras macladas, siendo el plano de maclado más prominente el de (010). La luz se refleja internamente una y otra vez dentro de cada una de las fibras que están rodeadas por un medio de un índice de refracción más bajo (Garlick, 1991). [17] Este efecto óptico también es el resultado de los grandes espacios formados por las cadenas octaédricas de sodio en la estructura mineral. Las fibras sintéticas utilizadas para la fibra óptica transmiten imágenes a lo largo de un haz de cristales filiformes de la misma manera que la ulexita natural reproduce imágenes debido a la existencia de diferentes índices de refracción entre las fibras. Además, si el objeto está coloreado, todos los colores son reproducidos por la ulexita. Las superficies paralelas de ulexita cortadas perpendicularmente a las fibras producen la mejor imagen, ya que se producirá una distorsión en el tamaño de la imagen proyectada si la superficie no es paralela al mineral. Curiosamente, las muestras in situ de ulexita son capaces de producir una imagen decente y rugosa. El yeso satinado también exhibe este efecto óptico; sin embargo, las fibras son demasiado gruesas para transmitir una imagen decente. El grosor de las fibras es proporcional a la nitidez de la imagen proyectada. [16]

La ulexita también muestra círculos concéntricos de luz si se la sostiene frente a una fuente de luz brillante, una extraña propiedad óptica observada por primera vez por G. Donald Garlick (1991). [17] Este efecto también se puede producir al apuntar un puntero láser en un ángulo ligeramente oblicuo a través de un trozo de ulexita. Este comportamiento óptico es una consecuencia de los diferentes índices de refracción de la ulexita en diferentes direcciones de polarización. El análisis microscópico de la ulexita también produce conos de luz que emergen claramente de cada grano que es más grueso que 0,1 mm bajo la lente de Bertrand.

La ulexita es incolora y no pleocroica en secciones delgadas con bajo relieve. Al ser triclínica , la ulexita es ópticamente biaxial . Las figuras de interferencia producen adición en el lado cóncavo de las isogiras , lo que hace que la ulexita sea biaxial positiva. La ulexita tiene un 2V alto que varía entre 73° y 78° y una birrefringencia máxima de hasta 0,0300 (Anthony et al., 2005). [15] Según Weichel-Moore y Potter (1963), [13] la orientación de las fibras alrededor del eje c es completamente aleatoria en función de las variaciones en las extinciones vistas bajo polarización cruzada. La ulexita muestra maclado polisintético paralelo al alargamiento, a lo largo de {010} y {100} (Murdoch, 1940). [11] En secciones delgadas cortadas paralelas a las fibras, los granos de ulexita muestran orientaciones de longitud rápida y longitud lenta en cantidades iguales porque el eje intermedio (y) de la indicatriz es aproximadamente paralelo al alargamiento de las fibras a lo largo del eje c cristalográfico (Weichel-Moore y Potter, 1963). [13]

Estructura

Los cristales de ulexita contienen tres grupos estructurales, polianiones de pentaborato aislados , poliedros coordinados de calcio y octaedros coordinados de sodio que están unidos entre sí y reticulados por enlaces de hidrógeno. Los poliedros de coordinación de Ca comparten aristas para formar cadenas que están separadas de las cadenas octaédricas de coordinación de Na. Hay 16 enlaces de hidrógeno distintos que tienen una distancia media de 2,84 Å. El boro está coordinado a cuatro oxígenos en una disposición de tetraedros y también a tres oxígenos en una disposición triangular con distancias medias de 1,48 y 1,37 Å, respectivamente. Cada catión Ca 2+ está rodeado por un poliedro de ocho átomos de oxígeno. La distancia media entre el calcio y el oxígeno es de 2,48 Å. Cada Na + está coordinado por un octaedro de dos oxígenos hidroxílicos y cuatro moléculas de agua, con una distancia media de 2,42 Å (Clark y Appleman 1964). [18] Las cadenas octaédricas y poliédricas paralelas a c, la dirección alargada, causan el hábito fibroso de la ulexita y las propiedades ópticas de la fibra. [8]

Significado

El boro es un oligoelemento presente en la litosfera que tiene una concentración media de 10 ppm, aunque grandes áreas del mundo presentan deficiencia de boro. [19] El boro nunca se encuentra en estado elemental en la naturaleza, sin embargo, se encuentra de forma natural en más de 150 minerales. [20] Los tres minerales más importantes desde un punto de vista comercial mundial en función de su abundancia son el tincal (también conocido como bórax), la ulexita y la colemanita (Ekmekyaper et al., 2008). [21] Las altas concentraciones de minerales de boro económicamente significativos se dan generalmente en zonas áridas que tienen un historial de vulcanismo. La ulexita se extrae predominantemente de la mina Borax en Boron, California. [19]

La concentración de boro de la ulexita es comercialmente significativa porque los compuestos de boro se utilizan en la producción de materiales para muchas ramas de la industria. El boro se utiliza principalmente en la fabricación de fibra de vidrio junto con vidrios de borosilicato resistentes al calor, como el tradicional PYREX, faros de automóviles y cristalería de laboratorio. El vidrio de borosilicato es deseable porque la adición de B2O3 reduce el coeficiente de expansión, lo que aumenta la resistencia al choque térmico del vidrio. El boro y sus compuestos también son ingredientes comunes en jabones, detergentes y blanqueadores, lo que contribuye a suavizar el agua dura al atraer iones de calcio. El uso de boro en la producción de aleaciones y metales ha aumentado debido a su excelente capacidad de solubilización de óxidos metálicos. Los compuestos de boro se utilizan como agente de refuerzo para endurecer metales para su uso en tanques y armaduras militares. El boro se utiliza ampliamente para materiales retardantes del fuego. El boro es un elemento esencial para el crecimiento de las plantas y se utiliza con frecuencia como fertilizante, sin embargo, en grandes concentraciones, el boro puede ser tóxico y, por lo tanto, es un ingrediente común en herbicidas e insecticidas. El boro también se encuentra en productos químicos utilizados para tratar la madera y como recubrimientos protectores y esmaltes de cerámica. [19] Además, cuando la ulexita se disuelve en una solución de carbonato, se forma carbonato de calcio como subproducto. Este subproducto se utiliza en grandes cantidades en la industria de la pulpa y el papel como relleno de papel y como recubrimiento para papel que permite una mejor capacidad de impresión (Demirkiran y Kunkul, 2011). [22] Recientemente, a medida que se presta más atención a la obtención de nuevas fuentes de energía, el uso de hidrógeno como combustible para automóviles ha pasado a primer plano. El compuesto borohidruro de sodio (NaBH 4 ) se considera actualmente un excelente medio de almacenamiento de hidrógeno debido a su alto rendimiento teórico de hidrógeno en peso para su uso futuro en automóviles. Piskin (2009) [23] valida que la concentración de boro en ulexita se puede utilizar como fuente de boro o material de partida en la síntesis de borohidruro de sodio (NaBH 4 ).

Los minerales de borato son raros porque su componente principal, el boro, constituye menos de 10 ppm (10 mg/kg) de la corteza terrestre. Debido a que el boro es un oligoelemento, la mayoría de los minerales de borato se producen solo en un entorno geológico específico: cuencas intermontanas geológicamente activas . Los boratos se forman cuando las soluciones que contienen boro, causadas por la lixiviación de rocas piroclásticas , fluyen hacia cuencas aisladas donde luego tiene lugar la evaporación. Con el tiempo, los boratos se depositan y forman capas estratificadas . La ulexita se encuentra en playas de sal y lagos salinos secos en asociación con depósitos de yeso a gran escala y boratos de Na-Ca. [8] No se conocen polimorfos de ulexita ni la ulexita forma una serie de soluciones sólidas con ningún otro mineral.

Según Stamatakis et al . (2009) los boratos de Na, Ca y Na-Ca se encuentran en relación con la ulexita. [20] Estos minerales son:

  • Bórax Na2B4O7 · 10H2O​​​​​​
  • Colemanita Ca 2 B 8 O 11 ·5H 2 O
  • Howlita Ca2B5SiO9 [ OH ] 5​​​
  • Kernita Na 2 [B 4 O 6 (OH) 2 ·3H 2 O]
  • Meyerhofferita Ca2B6O6 ( OH ) 10 · 2H2O​​​​
  • Probertita NaCaB 5 O 9 ·5H 2 O

Los minerales más comunes que no son boratos, pero que también se forman en depósitos de evaporita son: [2]

Véase también

Referencias

  1. ^ Warr, LN (2021). "Símbolos minerales aprobados por IMA–CNMNC". Revista Mineralógica . 85 (3): 291–320. Código Bibliográfico :2021MinM...85..291W. doi : 10.1180/mgm.2021.43 . S2CID  235729616.
  2. ^ abc "Ulexita". Manual de mineralogía (PDF) .
  3. ^ de Ulexita, Mindat.org
  4. ^ Datos minerales de ulexita, WebMineral.com
  5. ^ Ulex, GL (1849). "Ueber eine natürliche borsaure Verbindung" [Sobre un compuesto natural de ácido bórico]. Annalen der Chemie und Pharmacie (en alemán). 70 : 49–52. doi :10.1002/jlac.18490700107.
  6. ^ Hayes, AA (1844). "Borato de lima. Borocalcius obliquus". Revista Estadounidense de Ciencias . 46 : 377.
  7. ^ Hayes, AA (1844). "Borato de cal hidratado". American Journal of Science . 47 : 215.
  8. ^ abcd Ghose, et al., 1978, Ulexita, NaCaB5O6(OH)6.5H2O: refinamiento de la estructura, configuración de polianiones, enlaces de hidrógeno y fibra óptica, Subrata Ghose, Che'ng Wan y Joan R. Clark, American Mineralogist, vol. 63, págs. 161-171. [1]
  9. ^ How, Henry (1857). "Sobre la presencia de natro-boro-calcita con sal de Glauber en el yeso de Nueva Escocia". The Edinburgh New Philosophical Journal . 2.ª serie. 6 : 54–60.
  10. ^ ab Papezik, VS; Fong, CCK (1975). "Howlita y ulexita de capas de yeso y anhidrita del Carbonífero en el oeste de Terranova". The Canadian Mineralogist . 13 : 370–376.
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  15. ^ ab Anthony, John W.; Bideaux, Richard A.; Bladh, Kenneth W.; Nichols, Monte C., eds. (2005). "Ulexita". Manual de mineralogía (PDF) . Tucson, Arizona, EE.UU.: Publicación de datos minerales.
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  18. ^ Clark, Joan R.; Appleman, Daniel E. (1964). "Polianión pentaborato en la estructura cristalina de la ulexita, NaCaB 5 O 6 (OH) 6 · 5H 2 O". Science . 145 (3638): 1295–1296. Bibcode :1964Sci...145.1295C. doi :10.1126/science.145.3638.1295. PMID  17802011. S2CID  98456855.
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  21. ^ Ekmekyapar, A.; Demirkıran, N.; Künkül, A. (2008). "Cinética de disolución de ulexita en soluciones de ácido acético". Investigación y diseño en ingeniería química . 86 (9): 1011–1016. doi :10.1016/j.cherd.2008.04.005.
  22. ^ Demirkiran, N.; Kunkul, A. (2011). "Disolución de ulexita en soluciones de carbonato de amonio". Fundamentos teóricos de la ingeniería química . 45 (1): 114–119. doi :10.1134/S0040579511010039. S2CID  95451655.
  23. ^ Piskin, Mehmet Burcin (2009). "Investigación del proceso de producción de borohidruro de sodio: "El mineral de ulexita como fuente de boro"". Revista Internacional de Energía del Hidrógeno . 34 (11): 4773–4779. doi :10.1016/j.ijhydene.2009.03.043.
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