Ulexita

Ulexita (NaCaB₅O₆(OH)₆·5H₂O, hidróxido de borato de calcio y sodio hidratado), a veces conocido como roca TV o piedra de televisión, es un mineral que se presenta en masas cristalinas redondeadas de color blanco sedoso o en fibras paralelas. Las fibras naturales de ulexita conducen la luz a lo largo de sus ejes longitudinales, por reflexión interna. La ulexita recibió su nombre del químico alemán Georg Ludwig Ulex (1811–1883), quien la descubrió por primera vez.

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 [B₅O₆(OH)₆]^3– y una carga de −3. Están compuestos por tres tetraedros de borato y dos grupos triangulares de borato.

La ulexita se encuentra en depósitos de evaporita y la ulexita precipitada suele formar una "bola de algodón" penacho de cristales aciculares. La ulexita se encuentra frecuentemente asociada a colemanita, bórax, meyerhofferita, hidroboracita, probertita, glauberita, trona, mirabilita, calcita, yeso y halita. 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 lecho similar a una vena compuesto de cristales fibrosos muy compactos.

Ulexite también se conoce como TV rock debido a sus características ópticas inusuales. Las fibras de ulexita actúan como fibras ópticas, transmitiendo luz a lo largo de su longitud por reflexión interna. Cuando se corta una pieza de ulexita con caras pulidas planas perpendiculares a la orientación de las fibras, una muestra 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. 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 cuando se mira una fuente de luz a través del mineral.

Ulexita se descompone/disuelve en agua caliente.

Composición química

La ulexita es un mineral de borato porque su fórmula (NaCaB₅O₆(OH)₆·5H₂O) contiene boro y oxígeno. El polianión borato aislado [B₅O₆(OH)₆]³⁻ tiene cinco átomos de boro, por lo tanto colocando la ulexita en el grupo del pentaborato.

Minerales relacionados

Los minerales de borato son raros porque su principal componente, el boro, constituye menos de 10 ppm (10 mg/kg) de la corteza terrestre. Debido a que el boro es un elemento traza, la mayoría de los minerales de borato se encuentran 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 saladas y lagos salinos secos en asociación con depósitos de yeso a gran escala y boratos de Na-Ca. 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. Estos minerales son:

Borax Na₂B₄O₇·10H₂O

colemanite Ca₂B₈O₁₁·5H₂O

Howlite Ca₂B₅SiO₉[OH]₅

kernite Na₂[B]₄O₆(OH)₂·3H₂O]

meyerhofferite Ca₂B₆O₆(OH)₁₀·2H₂O

probertite NaCaB₅O₉·5H₂O

Minerales más comunes que no son boratos, pero que también se forman en depósitos de evaporita son:

calcite CaCO₃

gypsum CaSO₄·2H₂O

halite NaCl

Morfología

La ulexita suele formar masas pequeñas y redondeadas que se asemejan a bolas de algodón. Los cristales son raros pero formarán cristales fibrosos y alargados orientados paralelos o radiales entre sí. Los cristales también pueden ser aciculares, parecidos a agujas (Anthony et al., 2005). El grupo de puntos de la ulexita es 1, lo que significa que los cristales muestran muy poca simetría ya que no hay ejes de rotación ni planos de espejo. La ulexita está muy alargada a lo largo de [001]. El plano de hermanamiento más común es (010). La ulexita recolectada de la cantera de yeso de Flat Bay en Terranova exhibe "bolas de algodón" de cristales de sección casi cuadrada formados por el desarrollo parejo de dos pinacoides. Los cristales tienen alrededor de 1-3 µm de espesor y 50-80 µm de largo, dispuestos en haces superpuestos orientados aleatoriamente y empaquetados libremente (Papezik y Fong, 1975). En general, los cristales tienen de seis a ocho caras con tres a seis caras terminales (Murdoch, 1940).

Propiedades ópticas

Un fragmento de propiedad óptica característica de visualización ulexita

En 1956, John Marmon observó que los agregados fibrosos de ulexita proyectan la 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 da a la ulexita el sobrenombre de "TV rock". Según Baur et al. (1957), esta propiedad óptica se debe a los reflejos a lo largo de las fibras hermanadas, estando el plano de hermanamiento más destacado en (010). La luz se refleja internamente una y otra vez dentro de cada una de las fibras que están rodeadas por un medio de menor índice de refracción (Garlick, 1991). Este efecto óptico es también 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 es coloreado, la ulexita reproduce todos los colores. 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 de ulexita in situ son capaces de producir una imagen aproximada y decente. El yeso de espato 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.

La ulexita también muestra círculos concéntricos de luz si se la coloca frente a una fuente de luz brillante, una extraña propiedad óptica observada por primera vez por G. Donald Garlick (1991). Este efecto también se puede producir al hacer brillar un puntero láser en un ángulo ligeramente oblicuo a través de una pieza de ulexita. Este comportamiento óptico es 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 tiene un grosor superior a 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 sumas en el lado cóncavo de las isogiras, lo que hace que la ulexita sea biaxialmente positiva. La ulexita tiene un alto 2V que oscila entre 73° y 78° y una birrefringencia máxima de hasta 0,0300 (Anthony et al., 2005). Según Weichel-Moore y Potter (1963), la orientación de las fibras alrededor del eje c es completamente aleatoria en función de las variaciones en las extinciones observadas con polarización cruzada. La ulexita muestra maclas polisintéticas paralelas a la elongación, a lo largo de {010} y {100} (Murdoch, 1940). En secciones delgadas cortadas paralelas a las fibras, los granos de ulexita muestran orientaciones tanto de longitud rápida como de 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).

Estructura

Los cristales de ulexita contienen tres grupos estructurales, polianiones de pentaborato aislados, poliedros coordinados de calcio y octaedros coordinados de sodio que se unen y entrecruzan mediante enlaces de hidrógeno. Los poliedros de coordinación Ca comparten bordes para formar cadenas que están separadas de las cadenas octaédricas de coordinación Na. Hay 16 enlaces de hidrógeno distintos que tienen una distancia promedio de 2,84 Å. El boro está coordinado con cuatro oxígenos en un arreglo de tetraedros y también con tres oxígenos en un arreglo triangular con distancias promedio de 1.48 y 1.37 Å, respectivamente. Cada catión Ca²⁺ 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 hidroxilo y cuatro moléculas de agua, con una distancia promedio de 2.42 Å (Clark y Appleman 1964). 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.

Importancia

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

La concentración de boro de la ulexita es importante desde el punto de vista comercial 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 Pyrex tradicional, faros de automóviles y cristalería de laboratorio. El vidrio de borosilicato es deseable porque agregar B₂O₃ reduce el coeficiente de expansión y, por lo tanto, 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 ablandar el agua dura al atraer iones de calcio. El uso de boro en la producción de aleaciones y metales ha ido en aumento debido a su excelente capacidad de solubilización de óxidos metálicos. Los compuestos de boro se utilizan como agente de refuerzo para endurecer los metales para su uso en tanques y armaduras militares. El boro se usa ampliamente para materiales ignífugos. El boro es un elemento esencial para el crecimiento de las plantas y se usa 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 los productos químicos que se utilizan para tratar la madera y como revestimientos protectores y esmaltes de cerámica. Además, cuando la ulexita se disuelve en una solución de carbonato, se forma carbonato de calcio como subproducto. Este subproducto es utilizado en grandes cantidades por la industria de la pulpa y el papel como relleno de papel y como recubrimiento para papel que permite mejorar la capacidad de impresión (Demirkiran y Kunkul, 2011). 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 (NaBH₄) se está considerando actualmente como un excelente medio de almacenamiento de hidrógeno debido a su alto rendimiento teórico de hidrógeno por peso para uso futuro en automóviles. Piskin (2009) valida que la concentración de boro en la ulexita se puede utilizar como fuente de boro o material de partida en la síntesis de borohidruro de sodio (NaBH₄).

Histórica

La ulexita ha sido reconocida como un mineral válido desde 1840, después de que George Ludwig Ulex, por quien se nombró al mineral, proporcionara el primer análisis químico del mineral. 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 él denominado natro-boro-calcita, que en realidad era ulexita (Papezik y Fong, 1975).

Murdoch examinó la cristalografía de la ulexita en 1940. La cristalografía fue reelaborada en 1959 por Clark y Christ y su estudio también proporcionó el primer análisis de ulexita por difracción de rayos X en polvo. En 1963 Weichel-Moore y Potter explicaron las notables cualidades de la fibra óptica de la ulexita. 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.