Mineralogía Óptica: Fundamentos y Aplicaciones

La mineralogía óptica es una rama de la mineralogía que se enfoca en el estudio de la interacción entre los cristales y la radiación electromagnética de la luz visible (400-700 nm).

Aplicaciones de la Mineralogía Óptica

• Estudio de las propiedades ópticas características de cristales opacos mediante microscopios de luz reflejada.
• Análisis de minerales, rocas y sólidos sintéticos en láminas delgadas, utilizando el microscopio polarizante.

Conceptos Clave

Nanómetro (nm): Unidad de longitud equivalente a una milmillonésima parte de un metro (1 nm = 10^-9 m). Se utiliza para medir la longitud de onda de la radiación ultravioleta, la radiación infrarroja y la luz.

Teorías sobre la Naturaleza de la Luz

• Teoría Corpuscular (1666, Isaac Newton): La luz consiste en un flujo de pequeñísimas partículas sin masa, emitidas por fuentes luminosas, que se mueven en línea recta a gran velocidad.
• Teoría Ondulatoria (1678, Christian Huygens): La luz se emite en forma de ondas, que se propagan a través de un medio hipotético e invisible llamado éter.

A Euclides se le atribuye el descubrimiento de las leyes de la reflexión de la luz.

Clasificación de las Ondas

• Mecánicas: Requieren un medio material para propagarse.
• Electromagnéticas: No necesitan un medio material (pueden propagarse en el vacío).
• Longitudinales: El medio se desplaza en la dirección de la propagación.
• Transversales: Vibran perpendicularmente a la dirección de propagación.

Características de las Ondas Electromagnéticas

• Cresta: Valor máximo positivo.
• Valle: Valor máximo negativo.
• Longitud de onda: Distancia entre dos crestas o dos valles.
• Periodo (T): Tiempo (en segundos) que tarda una onda en completar un ciclo (de cresta a valle y de nuevo a cresta).
• Frecuencia: Número de oscilaciones por segundo. A mayor frecuencia, menor longitud de onda.

Movimiento ondulatorio: Propagación de una onda a través de un medio material o en el vacío, sin transferencia de materia, ya sea por ondas mecánicas o electromagnéticas.

Propiedades de la Luz

La velocidad de la luz varía según el medio:

• En el vacío: 300,000 km/s
• En el agua: 225,000 km/s
• En el vidrio: 200,000 km/s

Preparación de Láminas Delgadas

Materiales

• Muestra (esquirla)
• Portaobjetos
• Resina
• Pegamento
• Abrasivos
• Pulidora

Esquirla mineral: Fragmento de roca, no mayor a 5 cm de diámetro.

Procedimiento

1. Selección y limpieza de la esquirla.
2. Pulido de la cara de interés.
3. Fijación (impregnación y endurecimiento): Uso de una máquina de vacío para asegurar la penetración de la resina.
4. Corte con sierra de borde de diamante para obtener una superficie plana.
5. Pulido para eliminar marcas de corte y obtener una superficie lisa.
6. Pegado de la superficie pulida a un portaobjetos.
7. Corte final para obtener una rodaja fina.
8. Desgaste hasta alcanzar un espesor de aproximadamente 30 micras.

Nota: El agua debe ser extraída previamente de la muestra, ya que las resinas comerciales son hidrófobas. El secado al aire o la limpieza con solventes son métodos comunes.

Problemas Comunes en Láminas Delgadas

• Burbujas de aire
• Desgaste excesivo
• Arañazos y estrías paralelas
• Presencia de abrasivo
• Suciedad

Tipos de Microscopios

• Microscopio Óptico: Utiliza lentes para ampliar imágenes de objetos pequeños. Es un instrumento antiguo.
• Microscopio Electrónico de Transmisión (TEM): Genera imágenes 2D.
• Microscopio Electrónico de Barrido (SEM): Genera imágenes 3D.

Microscopio Electrónico de Transmisión (TEM)

• Forma imágenes con electrones que atraviesan la muestra.
• Imagen plana (2D).
• Permite observar la estructura interna y detalles ultraestructurales.
• Requiere cortes finos de la muestra (menores a un par de miles de ángstroms).
• Aumentos de hasta 1,000 diámetros.

Microscopio Electrónico de Barrido (SEM)

• Forma imágenes con electrones secundarios desprendidos de la superficie.
• Imagen tridimensional (3D).
• Ideal para estudios de superficie.
• Aumentos de hasta 300,000 diámetros.
• Proporciona información sobre morfología y características superficiales.
• Requiere recubrimiento de la muestra con una capa fina de oro.
• Detectores EDS.

Microscopía Óptica

Obtención de la Figura de Interferencia

• Lentes condensadoras
• Lente de Bertrand

Funcionamiento del Microscopio Óptico

• Fuente de luz.
• La luz atraviesa la muestra (que debe ser delgada).
• Imagen plana.
• Aumentos no superiores a 2000 diámetros.
• Mediciones con ocular micrométrico, generalmente expresadas en micrómetros (µm).

Aplicaciones del Microscopio Óptico en Geología

• Identificación de minerales.
• Determinación del tipo de roca.
• Determinación de la secuencia de cristalización.
• Documentación de la historia de deformación.
• Observación de la alteración de rocas por procesos de intemperismo.

Componentes del Microscopio Óptico Polarizante

• Cristal polarizante (Nicol) o polarizador.
• Lente de Bertrand: Proyecta la figura de interferencia al plano de visión.
• Analizador: Placa de film polarizante insertable en la trayectoria de la luz.
• Hendidura accesoria: Permite la inserción de placas accesorias.
• Objetivos: Sistema de aumento principal (generalmente 3 o 4 objetivos en un revólver rotatorio).
• Lente condensadora: Convierte rayos paralelos en un cono convergente.
• Diafragma: Iris que regula la cantidad de luz que entra al condensador.
• Polarizador: Convierte luz no polarizada en luz plano-polarizada.
• Fuente de luz: Foco de baja potencia (6V, 15-30 watts).
• Ajuste de foco: Grueso y fino, para ajustar la distancia entre el objetivo y la platina.

Cuidado del Microscopio

• Evitar traslados innecesarios; sujetarlo de la base y el brazo.
• Esperar a que la lámpara se enfríe antes de moverlo.
• Apagar la lámpara cuando no se utilice.
• No dejar preparados sobre la platina.
• No extraer ni tocar las lentes.
• Al cambiar de objetivo, sujetarlo de la parte central y girar.
• Solicitar ayuda a los responsables.
• Encender el microscopio solo al comenzar la observación.

Microfotografía Electrónica

• Interpretación de imágenes: Corrobora aspectos morfológicos.
• Depende de:
  • Sistema óptico del microscopio.
  • Condiciones de iluminación.
  • Reproducción de la fotografía.

Propiedades Ópticas de la Luz

• La luz incide sobre un cuerpo.
• El comportamiento varía según la superficie, la constitución del cuerpo y la inclinación de los rayos incidentes.
• Fenómenos físicos:
  • Reflexión y refracción
  • Dispersión
  • Absorción

Ley de Snell

Fórmula para calcular el ángulo de refracción de la luz al atravesar la superficie de separación entre dos medios con índices de refracción distintos.

Refracción

Desviación en la dirección de propagación de la luz al pasar de un medio a otro con diferente velocidad de propagación.

Índice de Refracción (n)

Relación entre la velocidad de la luz en el vacío (c) y la velocidad de la luz en un medio determinado (v): n = c/v

Medios Isótropos y Anisótropos

• Medios isótropos: Mismo índice de refracción en todas las direcciones.
• Medios anisótropos: Diferente índice de refracción según la dirección.

Minerales isótropos: La luz viaja con un único índice de refracción.

Minerales anisótropos: La luz viaja en diferentes direcciones, con más de un índice de refracción.

Birrefringencia

Diferencia entre los índices de refracción del rayo ordinario y el rayo extraordinario en minerales anisótropos.

Clasificación de Minerales Anisótropos

• Uniáxicos: Dos índices de refracción. Sistemas cristalinos: trigonal, tetragonal, hexagonal.
• Biáxicos: Tres índices de refracción. Sistemas cristalinos: ortorrómbico, monoclínico, triclínico.