Pleocroisme

Adolf Cortel

 

La identificació d’un mineral desconegut requereix disposar de tantes característiques com sigui possible. Entre les propietats útils per a identificar un mineral, i que sovint no es considera, hi ha el pleocroisme: els minerals pleocroics, il·luminats amb llum polaritzada linealment, es veuen d’un color o d’un altre segons l’orientació del cristall respecte el pla de polarització de la llum.  En alguns casos, com ara en la turmalina, el fenomen és espectacular, però el més freqüent és que el canvi de color sigui molt més discret.

Només són pleocroics els minerals anisòtrops i que tenen color. No cal explorar pleocroisme en els minerals incolors. En els minerals anisòtrops  la llum viatja a diferent velocitat segons la direcció en que travessa el cristall; això significa que l’índex de refracció d’aquests minerals depèn de la direcció en la que els travessa la llum. La causa del pleocroisme és diferent: en els minerals pleocroics els diferents components de la llum blanca (els diferents colors que la formen) s’absorbeixen amb major o menor intensitat segons la direcció en que travessen el mineral i el color que veiem, degut a la llum que no ha estat absorbida, és diferent.

 

Per entendre per què té lloc el fenomen, hem de considerar que la llum és una ona electromagnètica on el que viatja és el camp elèctric, que ho fa vibrant perpendicularment a la direcció cap on viatja l'ona (quan tirem una pedra a l'aigua, es veu com l'aigua també puja i baixa perpendicularment a la direcció cap on viatja la petita onada). En la llum emesa per una bombeta o un LED, aquestes vibracions tenen lloc en totes les direccions i diem que la llum no està polaritzada. Si es vol observar com la llum interacciona amb un cristall d'un mineral, és convenient que la llum vibri només en una direcció i llavors diem que està polaritzada. Per aconseguir polaritzar-la, el més senzill és fer servir un filtre anomenat polaritzador lineal que deixa passar només la llum que vibra en una direcció i bloqueja la resta.

 

 

Abans de mirar d'entendre el comportament d'un mineral quan el travessa la llum polaritzada podem considerar què succeeix quan escoltem la radio a casa. Tot comença amb l'antena d'una emissora on es fan oscil·lar electrons i s'emeten ones de ràdio, que també són ones electromagnètiques com la llum. Les ones de ràdio viatgen en totes les direccions al voltant de l'antena, però al contrari del que succeeix en una bombeta, les ones de ràdio ja surten polaritzades, amb el camp elèctric vibrant en la direcció de l'antena. Quan aquestes ones arriben a la ràdio de casa, el camp elèctric farà vibrar els electrons de l'antena de l'aparell i la ràdio se sentirà molt bé si l'antena és paral·lela a la direcció de vibració de l'ona que arriba; si no és així, se sentirà pitjor.  En el cas de la llum polaritzada que travessa un mineral, el camp elèctric fa vibrar els electrons dels enllaços químics. Si considerem la calcita, dins d'un cristall d'aquest mineral hi ha ions carbonat (CO3)2- que son plans; igual que en una ràdio, les vibracions del camp elèctric de la llum que travessi  el cristall faran vibrar millor els electrons dels ions carbonat si la llum està polaritzada en el mateix pla que el dels ions. Quan els electrons dels ions carbonat es posen a vibrar,  funcionen com a petites antenes que reemeten la llum, però ho fan amb un cert retard i, per això, la llum polaritzada que travessa un cristall de calcita ho fa amb diferent velocitat segons l'orientació del pla de la llum respecte la dels ions dins del cristall. En canvi, la disposició dels ions en un cristall de fluorita és simètric i la llum hi actua de la mateixa manera en qualsevol direcció: la llum es retarda però ho fa igual en totes les direccions.

Estructura de la calcita (font: Wikimedia)

 Pel que fa a la llum blanca polaritzada que travessa un cristall que té color, a més de fer vibrar els electrons dins del cristall hi ha un segon fenomen: uns colors són absorbits millor que altres i la llum que travessa el cristall es veu d'un color que és la barreja de tots els que no han estat absorbits.  Si la absorció és diferent segons l'orientació el cristall serà pleocroic, és a dir, es veurà d'un color diferent segons quina sigui la seva orientació respecte la de la llum polaritzada que el travessa.

 

Cal remarcar que el canvi de color d’un mineral pleocroic no té res a veure amb els colors d’interferència que s’observen quan un cristall es posa entre dos polaritzadors. Per observar el pleocroisme es fa servir només un únic polaritzador.

Es pot observar el pleocroisme amb un binocular, n’hi ha prou amb posar un polaritzador lineal (1) just a sota de l’objectiu. Es gira el polaritzador i si el mineral és pleocroic canvia de color cada 90º. Si es vol, es pot deixar el polaritzador fix i girar el mineral. La figura 1 mostra el pleocroisme intens d’un cristall d’elbaíta vist al binocular.

En un cristall de turmalina el fenomen només es pot veure si el cristall s’observa en una direcció obliqua a l’eix c; la millor direcció és la perpendicular a c. No hi ha pleocroisme en la direcció de l’eix c, ja que en aquesta direcció la turmalina es comporta com un mineral isòtrop. En el cas dels minerals uniàxics pleocroics es poden veure dos colors diferents; en els minerals biàxics se’n poden observar fins a tres.

Si es fa servir un microscopi per a observar fragments petits de mineral, n’hi ha prou amb posar sota la platina un polaritzador que es pugui fer girar. Tot és més senzill si es fa servir un  microscopi petrogràfic, que ja porta incorporat el polaritzador: es deixa el polaritzador fix, es treu l’analitzador i es fa girar la platina amb la mostra per a comprovar si hi ha canvi de color.  Si es fa servir un microscopi és molt convenient submergir els cristallets en oli per reduir la refracció a les vores del cristall, que dona lloc a colors tal com ho faria un prisma i que dificulten l’observació del pleocroisme. Idealment, l’oli hauria de tenir un índex de refracció similar el del mineral, però a la pràctica una gota d’oli d’oliva o de girasol funcionen bé. És molt convenient trencar el cristall de manera que hi hagi fragments en moltes de les possibles orientacions i es pugui observar el posible pleocroisme en alguns d’ells.

 

 

De vegades el pleocroisme es veu millor amb el binocular que amb el microscopi, com succeeix amb la cordierita de la figura 3, que en una direcció es veu d’un color blau-violat i en direcció perpendicular de color groc.

 

 

En els minerals pleocroics formats per cristalls allargats que estan agregats en la mateixa direcció, com ara la dumortierita, el pleocroisme és visible tant al microscopi com al binocular.

 

 

Quan hi ha agregats radiats de cristalls petits, com en la cianotriquita, només es veu bé el pleocroisme amb el microscopi si se separen agregats de cristalls amb una direcció predominant.

 

 

 

 

Hi ha molts minerals pleocroics però encara n’hi ha més que no ho són. Per tant, quan un mineral té aquesta propietat resulta una bona ajuda a la identificació. A mindat, dins de les propietats òptiques de cada mineral s’especifica si hi ha pleocroisme i, si és així, el color del mineral quan el pla de polarització de la llum coincideix amb les direccions dels diferents eixos de la indicatriu òptica (O i E en els minerals uniàxics i X, Y i Z en els biàxics) . Curiosament, a mineralatlas no hi ha informació sobre pleocroisme. Si es vol una compilació molt completa de propietats òptiques (entre les quals hi ha el pleocroisme) dels minerals, es pot consultar el llibre “Microscopic determination of the nonopaque minerals” [ U.S.Geological Survey Bulletin, 1627] (que es pot descarregar a https://pubs.usgs.gov/bul/1627/report.pdf)

D’una forma simplificada es podria dir que hi ha dos tipus de filtres polaritzadors: els lineals i els circulars. Per a les observacions de pleocroisme s’ha de fer servir un filtre polaritzador lineal. Possiblement, el més convenient sigui comprar-lo com a filtre fotogràfic en un anell de suport. També es pot comprar a trossos que es tallen a la mida que convingui; en aquest darrer cas es poden trobar fàcilment i per poc preu a ebay (es pot buscar com a “polarizing filter sheet”), però si es compra làmina convé que no sigui massa prima per a evitar que es doblegui.