Pleocroisme

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.

Fig 1 composicioelbaita
Figura 1. Elbaíta vista amb el binocular i amb un polaritzador lineal sota l’objectiu. En una posició del polaritzador, el cristall es veu de color rosa intens i, quan es gira 90º, es veu verdós.

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.

 

llum polaritzada
En la llum “normal” (no polaritzada) el camp elèctric vibra en totes les direccions, perpendicularment a la direcció cap on viatja. Quan la llum ha travessat un filtre polaritzador lineal el camp elèctric només vibra en una direcció.

 

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.
CaCO3_calcite
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.

 

Fig 2. composicio dravita
Figura 2. Dravita al microscopi petrogràfic. El pleocroisme de la dravita és molt intens i el color passa del marró fosc al groc clar al girar la platina.

 

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.

Fig 3. cordierita composicio bino
Figura 3. Cordierita vista al binocular amb un polaritzador sota l’objectiu. El color de la cordierita canvia de blau a groc quan el polaritzador gira 90º. Aquesta propietat és interessant ja que el mineral es pot confondre amb el quars, que no és pleocroic.

 

Fig 4. composicio cordierita 1
Figura 4. Gra de cordierita observat en el microscopi petrogràfic només amb el polaritzador. El color canvia de blau a groc quan es gira 90º.

 

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.

Fig 5. composicio dumortierita bino
Figura 5. Pleocroisme d’un fragment de dumortierita vist al binocular amb un polaritzador que es gira 90º.

 

Fig 6. composicio dumortierita
Figura 6. Pleocroisme molt intens d’un cristall de dumortierita vist en el microscopi petrogràfic.

 

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.

Fig 7. composicio cianotriquita 1
Figura 7. Pleocroisme de petits fragments de cianotriquita vistos amb el microscopi petrogràfic.

 

Fig 8. composició libethenita 2
Figura 8. La libethenita té pleocroisme dèbil  i els colors van d’un verd oliva a un verd maragda.

 

Fig 9. composicio jarosita
Figura 9. La jarosita té pleocrosime dèbil amb colors del groc intens a groc clar o incolor.

 

Fig 10, composicio clinoclasa 1
Figura 10. El pleocroisme dèbil de la clinoclasa és una propietat interessant  que permet diferenciar aquest arsenat de coure de color blau d’altres minerals similars. L’índex de refracció en les tres direccions del cristall és força diferent (va de 1,73 a 1,91) i això fa que quan gira la platina, a més del pleocroisme, es pugui observar un canvi molt accentuat en el relleu (a la dreta el relleu del cristall és molt més accentuat que a l’esquerra)

 

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.

 

 

 

 

 

Deixa un comentari

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

Esteu comentant fent servir el compte WordPress.com. Log Out /  Canvia )

Google photo

Esteu comentant fent servir el compte Google. Log Out /  Canvia )

Twitter picture

Esteu comentant fent servir el compte Twitter. Log Out /  Canvia )

Facebook photo

Esteu comentant fent servir el compte Facebook. Log Out /  Canvia )

S'està connectant a %s