Taula de continguts:
Ask-a-Geologist #14: What are the properties of the mineral calcite? (Maig 2024)
La calcita, la forma més comuna de carbonat càlcic natural (CaCO 3), un mineral molt distribuït conegut pel bon desenvolupament i la gran varietat dels seus cristalls. És polimorfa (mateixa fórmula química, però amb una estructura de cristall diferent) amb els minerals aragonita i vaterita i amb diverses formes que aparentment només existeixen en condicions experimentals bastant extremes.
Consideracions generals
S’ha calculat que els minerals de carbonats calcita, aragonita i dolomita constitueixen aproximadament el 15 per cent dels sediments i roques sedimentàries de la Terra i al voltant d’un 2% de l’escorça terrestre. Un gran percentatge de la calcita, la més abundant d’aquests minerals carbonats, es presenta en calcàries, que constitueixen proporcions notables de moltes seqüències de sediments marins. La calcita també és el component principal de les margues, els travertins, les venes calcites, la majoria dels espeleotèrmens (dipòsits rupestres), molts marbres i carbonatites i algunes venes portadores de minerals.
La calcita és la forma estable de CaCO 3 a la majoria de temperatures i pressions. El polimorfa ortoròmic de CaCO 3, l’aragonita, tot i que dipositat freqüentment a la natura, és metastable a temperatura i pressió ambient i fàcilment s’inverteix en calcita; la inversió s’ha demostrat que és espontània quan l’aragonita s’escalfa a 400 ºC en aire sec i a temperatures més baixes quan està en contacte amb l’aigua. La vaterita hexagonal, l’altre polimorf natural de CaCO 3, és extremadament rara i s’ha demostrat al laboratori que es transforma en calcita o aragonita o ambdues penecontemporaneament amb la seva formació, és a dir, sembla ser metastable en essencialment totes les condicions naturals conegudes.
Composició química
Algunes calcites naturals són essencialment CaCO 3 pures; d’altres contenen percentatges notables d’altres cations (per exemple, Mg, Mn, Fe, boro [B], brom [Br], Sr i / o Y), substituint alguns dels seus calci. En general, però, només es produeix una substitució menor. Es coneix que només el manganès i el magnesi substitueixen el calci: manganocalcita i rodocrosita calciana (és a dir, MnCO 3 portador de calci), i s'ha demostrat que la solució sòlida és possible des del CaCO 3 pur fins al 40 per cent del MnCO 3 i del MnCO 3 pur fins a aproximadament un 25 per cent de CaCO 3. Les calcites magnesianes metastables que contenen aproximadament entre un 5 i un 18 per cent de MgCO 3 es troben en forma àmplia com a material esquelètic biogènic i com a ciment en alguns sediments marins moderns. Les calcites magneses a l’extrem inferior d’aquest rang de continguts de MgCO 3 constitueixen alguns oòids marins i tufas calcàries.
S'han registrat entre 60 i 70 elements en quantitats menors o de traces en anàlisis calcàries. Alguns d’aquests elements poden aparèixer com a substitucions dins de la calcita; d’altres semblen més propensos a representar constituents menors, com els minerals d’argila, dins de les roques analitzades.
La composició química de la calcita és la responsable de la prova que s’utilitza àmpliament per identificar-la, especialment al camp. Aquesta prova es basa en el fet que la calcita reacciona amb l’àcid clorhídric diluït (HCl) i la reacció es manifesta per una efervescència vigorosa. (La dilució del HCl que s’utilitza normalment és d’uns 90:10 [aigua: HCl concentrat].) Les reaccions implicades són
L’efervescència es deu a la ruptura espontània de l’àcid carbònic (H 2 CO 3) per produir gas de diòxid de carboni, CO 2.
Estructura de cristall
L’estructura de calcita —una de les primeres estructures minerals a determinar-se mitjançant mètodes de rajos X— s’ha descrit en tres bases diferents. Les dues bases més utilitzades, il·lustrades a la figura 1, són la veritable cèl·lula unitat romboèdrica, que és el romboedre agut, i la configuració del romboedre escindit. La veritable cèl·lula unitària inclou 2 CaCO 3 amb ions de calci a les cantonades dels romboedrons i grups CO 3, cadascun dels quals consisteix en un ió de carboni al centre d’un grup pla d’àtoms d’oxigen els centres del qual defineixen un triangle equilàter. La configuració es pot considerar d’una altra manera: l’estructura consisteix en làmines alternades d’ions de calci disposats hexagonalment i anions complexos de CO 3 (vegeu la figura 1). Aquesta matriu es troba en el sistema de cristall hexagonal (trigonal). La triple simetria és força evident tant en cristalls com en romboedrons de divisió (Figura 2). Els cristalls es donen més sovint a les cavitats de les roques, per exemple, a les vuges (inclosos els tambors), a les vesícules de les roques ígnies i als revestiments de fissures parcialment plenes. S’han reconegut més de 300 formes de calcita.
Propietats físiques
La calcita és incolora o blanca quan és pura, però pot ser de gairebé qualsevol color (vermellós, rosat, groc, verdós, blavós, espígol, negre o marró a causa de la presència de diferents impureses. Pot ser transparent, translúcid o opac. El seu brillantor va des del vitri fins a l’enrenou; molts cristalls, especialment els incolors, són vitrius, mentre que les masses granulars, especialment aquelles de gra fi, solen ser sordes. La calcita és el número 3 a l'escala de duresa de Mohs; per tant, es pot ratllar fàcilment mitjançant una fulla de ganivet o un recollit geològic. Té una gravetat específica de 2,71. Tres escletxes perfectes donen calcita als seus políedres de sis cares amb cares en forma de diamant; els angles que defineixen les cares són 78 ° i 102 °. Els tres hàbits cristal·lins importants (formes distintives del mineral) de la calcita són: (1) prismàtic (curt i llarg), (2) romboèdric i (3) escalenoèdric. L’agermanament és molt comú i pot ser d’origen secundari en les calcàries cristal·lines. Algunes calcites fluoren sota llum ultraviolada; n’hi ha que també són triboluminescents (luminescents quan es rascen). Quan la llum passa per alguns minerals, es divideix en dos rajos que viatgen a velocitats diferents i en direccions diferents. Aquest fenomen es coneix com a birefringència. La diferència entre les velocitats és especialment notable en la calcita i, en conseqüència, els cristalls d’una varietat incolora, de vegades anomenada espàtula islandesa, presenten una doble refracció que es pot observar a simple vista.
El fet anteriorment descrit que les efervescències de calcita són vigorosament amb l’àcid clorhídric (muriatic) diluït distingeix la calcita de la dolomita, que tendeix a semblar tant en aparença com en aparició. (Efervescacions Dolomites només en pols i amb una acció lenta i irritant)
En les roques constituïdes principalment de calcita, el mineral és típicament granular, amb grans que van des dels discernibles només sota un microscopi fins als que tenen uns quants mil·límetres de dimensió més gran. El color de la majoria d’aquestes roques és gris o marronós, però alguns marbres de calcita són blancs i alguns són multicolors.
