Fluorita

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca
Fluorita
3192M-fluorite1.jpg
Cristall de fluorita aïllat de color verd intens, mostrant cares de cub i octàedre, sobre una matriu micàcia, procedent d'Erongo Mountain, Erongo Region, Namíbia (mida total: 50 mm x 27 mm, mida del cristall: 19 mm d'amplada, 30 g)
Classificació
Categoria halurs
Fórmula química CaF2
Nickel-Strunz 3.AB.25
Dana 9.2.1.1
Heys 8.4.7
Propietats
Sistema cristal·lí cúbic
Hàbit cristal·lí sol presentar cubs; menys freqüentment dodecaedres. A vegades hexaoctaedres i tetrahexaedres. Per la combinació d'aquestes formes, les arestes dels cubs són sovint modificades. A vegades els cristalls poden presentar diferències de creixement entre les cares. Sovint s'observen cristalls compostos per sobrecreixement. Pot ser massiva, compacta, terrosa, columnar (poc freqüent), globular en agregats o botroïdal.
Estructura cristal·lina a = 5.4626Å
Simetria classe (H-M): m3m (4/m 3 2/m) - Hexoctaèdric; Grup espacial: Fm3m
Color blanc, groc, verd, violeta, vermell, rosa, blau o negra
Macles en {111}, normalment com a cubs que s'interpenetren; també en macles tipus espinel·la
Exfoliació Perfecta en {111}. S'exfolia fàcilment
Fractura estellada; subconcoïdal
Tenacitat fràgil
Duresa 4
Lluïssor vítria
Ratlla blanca
Diafanitat transparent
Densitat 3,175 - 3,56 g/cm3 (mesurada) 3,181 g/cm3 (calculada). El rang normal de densitats oscil·la entre 3,175 i 3,184; a mesura que es dóna una substitució per terres rares la densitat va augmentant substancialment.
Propietats òptiques isotròpica, biaxial (+)
Índex de refracció n = 1.433 - 1.448
Birefringència no (δ = 0.000; els minerals isòtrops mai presenten birefringència). Pot presentar birefringència dèbil en cristalls deformats sota pressió.
Pleocroisme no (els minerals isòtrops mai presenten pleocroisme)
Angle 2V (isotròpic)
Dispersió òptica no
Fluorescència blava sota llum ultraviolada d'ona curta; aquesta fluorescència es genera per la presència d'erbi; altres colors es poden donar per altres activadors: per exemple, blanc i crema per la matèria orgànica. També colors vermell, rosa i blanc. Pot ser fosforescent.
Punt de fusió 1360°C
Solubilitat descomposta per H2SO4. Lleugerament soluble en HCl. Lleugerament soluble en aigua: 0,016 grams per litre a 18°C.
Impureses comunes Y, Ce, Si, Al, Fe, Mg, Eu, Sm, O, Cl i matèria orgànica
Referències

[1][2]

[3]
Modifica dades a Wikidata

La fluorita és un mineral compost per fluorur de calci, CaF2, de la classe dels halurs. Va ser descoberta l'any 1529, i va rebre el seu nom l'any 1797 per Carlo Antonio Galeani Napione, del llatí fluere, fluir. Pertany i dóna nom al grup de la fluorita de minerals.[4]

Etimologia[modifica | modifica el codi]

El nom fluorita deriva del mot llatí fluo, que significa corrent d'un flux o aigua. En la seva forma verbal, fluo es conjugava fluor, que significava fluir. La fluorita és emprada com a fundent durant el procés de fosa del ferro; utilitzant-la s'aconsegueix disminuir la viscositat de l'escòria. El mineral fluorita va ser anomenat inicialment com fluospar, i va ser documentat per primer cop l'any 1530 (escrit en impressió), concretament Bermannus, sive de re metallica dialogus (Bermannus, o un diàleg sobre la naturalesa dels metalls), escrit per Georgius Agricola.[5][6] Agricola, un científic alemany expert en filologia, mineralogia i metal·lúrgia va anomenar el mineral Flussspat, com un neologisme llatí procedent de la fusió de les paraules alemanyes Fluß (flux, riu) i Spat (mineral no metàl·lic semblant al guix).

L'any 1852, la fluorita inspira el nom que rebrà el fenomen que actualment és conegut com a fluorescència, ja que és especialment present en fluorites de certes localitats com a conseqüència d'algunes impureses en la seva estructura. el nom fluorita també va ser utilitzat per a anomenar el fluor, un element de la taula periòdica.[1] Actualment el terme fluospar és sovint emprat en termes industrials i químics, mentre que fluorita s'utilitza més freqüentment en termes mineralògics.

Classificació[modifica | modifica el codi]

Segons la classificació de Nickel-Strunz, la fluorita pertany al grup 3.AB: halurs simples sense H2O i amb M:X = 1:2, amb els següents minerals: fluorocronita, tolbachita, coccinita, sellaïta, cloromagnesita, lawrencita, scacchita, frackdicksonita, estronciofluorita, tveïtita-(Y), gagarinita-(Y), gagarinita-(Ce) i polezhaevaïta-(Ce). Segons la classificació de Dana la fluorita pertany al grup 9.2.1.1: halurs normals (AX2). La fluorita també és membre del grup que porta el seu nom: el grup de la fluorita.

Identificació[modifica | modifica el codi]

Propietats[modifica | modifica el codi]

Fluorita amb pirita (daurat).
Selecció d'hàbits de la fluorita

Estructura cristal·lina[modifica | modifica el codi]

L'estructura de la fluorita és relativament senzilla. En aquesta estructura, cada catió de calci (Ca2+) es troba envoltat per vuit cations de fluor (F-) en els vèrtexs del cub. Aquesta estructura és compartida amb altres compostos fluorurs, òxids i oxifluorurs. La seva estructura cristal·lina és tant freqüent a la natura que en moltes ocasions és citada com a estructura de la fluorita. Els ions de calci ocupen l'estructura compacta cúbica mentre que els ions de fluor ocupen les posicions tetraèdriques. Els únics ions de la xarxa que es troben en contacte són els ions de fluor (F-F; 2,7 Å. Ca2+-Ca2+; 3,8 Å) .[7] La ràtio entre radis iònics és de .

Quan se sotmet un cristall o massa de fluorita a difracció de raigs X, s'obtenen diferents pics d'intensitats d'energia:

Pic (2θ) Intensitat (%)
3,16 90
1,932 100
1,647 30
1,366 10
1,253 10
1,115 20
1,051 10
0,684 10

Propietats físiques[modifica | modifica el codi]

La fluorita sol presentar hàbits cúbics i exfoliació octaèdrica {111} perfecta. Els espècimens poden oscil·lar de transparents a translúcids amb una lluïssor vítrica. La seva duresa és de 4 en l'escala de Mohs, on és l'espècie mineral de referència per a aquesta duresa. La lluïssor és vítrica i la ratlla és blanca. Presenta una densitat habitual entre 3,175 i 3,184 g/cm3 que pot augmentar fins als 3,56 g/cm3 com a conseqüència de la substitució del calci per algunes terres rares.[1] La fluorita també presenta macles; principalment en {111} com a cubs interpenetrats o macles tipus espinel·la.

La fluorita pot presentar una amplíssima varietat de colors: verd clar, groc, verd blavós, lila, incolor, blanc, rosa, blau o marró. En alguns casos el color pot ser produït per la presència d'hidrocarburs. Alguns cristalls presenten bandes de color variable i fluorescència.

Les causes del color en la fluorita han estat objecte de debat durant diversos anys. La teoria que el color era proporcionat per diferents elements cromòfors com ara el manganès o el ferro fou superada ràpidament.[8] Alguns autors, atribuïren la coloració blava a algunes traces orgàniques,[9] aquesta idea també fou abandonada. La teoria acceptada actualment és la dels centres de color.[10] El CaF2 presenta propietats que poden generar enormes possibilitats de creació de centres de color en la fluorita. Aquest compost incorpora fàcilment impureses de cations, especialment de terres rares, tot introduint-se oxigen sense dificultat a temperatures inferiors als 100 °C. A elevades temperatures l'oxigen es difon amb els cations i produeix estructures moleculars localitzades. Segons alguns autors,[10] els elements de les terres rares entren a la xarxa cristal·lina com a ions trivalents tot substituint els cations de calci (Ca2+). La compensació de càrregues és generada per un ió F- intersticial o un O2- substitucional que produeix una simetria local inferior a la cúbica. Les impureses com l'O2- o el Na+ reforcen la formació de col·loides metàl·lics. El valor del paràmetre de la cel·la elemental del CaF2 pur és 5,462 Å. L'entrada de cations com ara l'Y i el Ce eleva lleugerament el valor. Alguns estudis demostren que les fluorites naturals contenen al voltant d'un 14% d'YF3[11] a la xarxa. També s'ha comprovat un augment lineal de la cel·la elemental a mesura que varia el percentatge d'YF3, prenent valors de 5,500 A per a un 20%, 5,537 Å per a un 40% i una transformació de cel·la cúbica a hexagonal a partir del 55%. Alguns autors argumenten que la substitució d'estronci per calci produeix un augment de la mida de la cel·la de 0,0055 Å.[12]

Propietats químiques[modifica | modifica el codi]

La fórmula química de la fluorita és CaF2, i, per tant, els elements que formen part de la seva estructura són el calci i el fluor. Diversos elements poden entrar a la seva estructura en diferents quantitats; aquests elements s'anomenen impureses. Generalment com a impureses pot presentar itri, ceri, silici, alumini, ferro, magnesi, oxigen, clor, europi, samari altres terres rares i matèria orgànica. A la següent taula es resumeixen diferents exemples de composició química de fluorites: (1)-fluorita groga; (2)-fluorita rosa; (3)-fluorita blau-verdosa; (4)-varietat incolora; (5)-varietat lila; (6)-varietat de color blau clar; (7)-varietat de color lila clar; (8)-varietat de color verd; (9)-fluorita procedent de Trentino - Alto Adige, Itàlia; (10)- fluorur de calci pur. Per a fer-ho més visible, s'ha aplicat el color de la fluorita analitzada al títol de la columna corresponent:

Element (1)[12] (2)[12] (3)[12] (4)[12] (5)[12] (6)[12] (7)[12] (8)[12] (9)[3] (10)[3]
Ca (%) 47,85 46,34 51,92 51,85 51,79 51,41 52,00 50,74 51,24 51,33
F (%) resta resta resta resta resta resta resta resta 48,29 48,67
Na (%) 0,88 0,97 0,96 0,87 0,84 0,94 0,87 1,05 - -
Fe (%) 0,01 0,02 0,01 0,01 0,015 0,01 0,01 0,01 - -
K (%) - 0,14 0,09 0,17 0,17 0,16 0,20 0,10 - -
Mg (%) 0,01 0,04 0,009 0,008 0,1 0,017 0,009 0,02 0,03 -
Y (-) * * - - - - - - - -
Si (%) - - - - - - - - 0,005 -
Sr (ppm) 19,2 38,5 17,19 15,4 9,0 8,7 9,0 9,3 - -
*L'itri s'ha analitzat qualitativament i no pas quantitativament

Propietats òptiques[modifica | modifica el codi]

La fluorita cristal·litza en el sistema cúbic (isomètric), i per tant, és un mineral isòtrop des d'un punt de vista òptic. Com a conseqüència de la cristal·lització en el sistema cúbic, la fluorita mai presenta pleocroisme ni birefringència, així com tampoc un angle 2V ni dispersió òptica. En alguns casos, els cristalls de fluorita deformats per una certa pressió poden presentar una lleugera birefringència. Per altra banda, la fluorita és un mineral fluorescent i certes vegades fosforescent. Depenent dels activadors (impureses), la fluorita presentarà fluorescència de diversos colors (blau, blanc, vermell, rosa...).

Fluorescència i fosforescència[modifica | modifica el codi]

A: fluorita de color lila vista sota llum normal. B: fluorita de color lila vista sota llum ultraviolada. Procedent de la mina Boltsburn, Anglaterra, Regne Unit

La fluorita té una estreta relació amb el fenomen òptic conegut com a fluorescència. L'any 1852, George Gabriel Stokes va anomenar aquest fenomen com a fluorescència a partir del nom de la fluorita.[13][14]

Molts espècimens de fluorita presenten fluorescència al ser irradiats amb llum ultraviolada. La fluorescència implica l'excitació dels electrons tot augmentant la seva energia; tot seguit, els electrons retornen progressivament al seu estat inicial. Durant aquest procés, emeten la llum visible que s'observa durant el fenomen. En el cas de la fluorita, la llum emesa sol ser blava, vermella, lila, groga, verda o fins i tot blanca. La fluorescència en la fluorita es dóna per la presència d'itri, iterbi o erbi, així com matèria orgànica i hidrocarburs volàtils que es troben dins de la xarxa cristal·lina. Particularment, la fluorita amb fluorescència blava procedent d'alguns indrets de la Gran Bretanya (la responsable del nom de la fluorescència), presenta fluorescència com a conseqüència de les inclusions d'europi divalent (Eu2+) a la xarxa.[15] Com s'ha dit anteriorment, la fluorescència en la fluorita es genera per les inclusions que es troben a la seva xarxa; aquest fet implica que cada fluorita (tot i haver-se collit al mateix punt) presenti una fluorescència característica, ja sigui en color o en intensitat. Tot i això, la llum ultraviolada no és un mètode fiable per a la identificació d'espècimens o varietats en general, però sí per identificar la fluorita quan es troba associada a altres minerals.[16]

La fluorita també pot presentar el fenomen conegut com a fosforescència. En aquest cas, la fluorita té la capacitat d'absorbir energia i emmagatzemar-la, per emetre-la posteriorment en forma de llum. El mecanisme físic d'absorció d'energia és el mateix que per a la fluorescència; la principal diferència recau en el retard temporal entre l'absorció i l'emissió de l'energia. La durada de la fosforescència és termodependent (depèn de la temperatura), i per tant, cada mineral té una ràtio de decreixement de la fosforescència associat a la temperatura.[1][17]

Cel·la unitat[modifica | modifica el codi]

La fluorita és un halur que cristal·litza en el sistema cúbic. Sol presentar-se en forma de cristalls d'hàbit cúbic molt ben formats {100}, sovint amb macles de compenetració de cubs. Menys sovint se'n troba en octàedres {111}. Les altres formes són rares, encara que també se'n poden obtenir octàedres per exfoliació. També se'n troba de manera massiva, compacte o granular. En estat pur és incolora i transparent, encara que en la majoria dels casos presenta diverses coloracions que es poden deure a impureses orgàniques o minerals, les més freqüents van del lila al violeta, però la fluorita també pot ser de color blau, verd, rosa, taronja, groc i de tons menys definits. Moltes varietats mostren fluorescència. L'exfoliació, però, es produeix en tots els casos segons la cara de l'octàedre.

Es descriu com un empaquetament cúbic compacte (FCC) d'àtoms de Ca, en el qual els àtoms de F ocupen tots els buits tetraèdrics. Si es té en compte la relació de radis iònics, aquesta descripció sembla absurda (0,133 nm per a F i 0,099 nm per a Ca2+), ja que els ions F mai no cabrien en els buits de Ca. No obstant això, aquesta descripció reprodueix fidelment les posicions relatives dels àtoms en la cel·la. D'acord amb aquesta descripció, tots els buits octaèdrics de l'estructura estarien vacants. La coordinació del F és tetraèdrica (IC = 4), mentre que la del Ca és un cub (IC = 8).

Minerals relacionats[modifica | modifica el codi]

Els minerals relacionats amb la fluorita per la seva estructura o composició química semblant són:


Formació i localització[modifica | modifica el codi]

La fluorita és un mineral molt difós a la natura. Es presenta formant bosses en forma de geodes o druses i ocupant esquerdes i buits. Sol aparèixer en els dipòsits de minerals metàl·lics com a ganga, i en alguns llocs on és molt abundant s'explota com a font de fluorur de calci. Sol trobar-se en filons purs o associat amb menes de plom, plata o zinc. És comú en calcàries i en dolomites i, en algunes ocasions, és un mineral accessori en pegmatites i en altres roques ígnies.

La mina més gran del món es troba a Mèxic en l'estat de San Luis Potosí. Se n'han trobat cristalls de fins a 20 cm a les mines de Dalnegorsk, Rússia. A Espanya, són famosos i de molt bona qualitat els exemplars procedents de La Collada, Berbes i Caravia (Astúries). A Catalunya són força coneguts els exemplars octaèdrics de color verd molt luminescents de la mina i pedrera Berta (terme municipal de Sant Cugat del Vallès, Vallès Occidental) i els cúbics de diversos colors de Sant Marçal del Montseny (Viladrau, Osona).

Varietats[modifica | modifica el codi]

  • L'antozonita, o Stink-Fluss, és una varietat de fluorita, especialment de Wölsendorf, Alemanya, que emet una olor de HF i ozó al ser mòlta, a causa de la presència interna de fluor i calci lliures, i la interacció d'aquests components amb aigua després de la mòlta.[18]
  • La Blue John és el nom que rep una varietat de bandes blanc-morades, aplicat pels locals a Anglaterra. Trobada originàriament a Castleton, Derbyshire, Anglaterra.[19]
  • La clorofana és una varietat que exhibeix termoluminiscència verda, descrita originàriament a Sibèria.[20]
  • La fluorita estròncica és una varietat que conté entre un 2% i un 18% d'estronci a la seva massa. La seva fórmula és (Ca,Sr)F2.[21]
  • La itrocerita és una varietat rica en itri i ceri, amb fórmula (Ca,Y,Ce)F2.[22]
  • La itrofluorita és una varietat que conté una quantitat apreciable d'itri prenent el lloc dels anions de calci en l'estructura de la fluorita, amb fórmula (Ca1-xYx)F2+x, on 0,05< x <0,3.[23]
  • La ratovkita és una varietat fina-dispersa d'origen sedimentari i amb un profund color violeta, descrita per primera vegada a prop de Moscou a començaments del segle XX.[24]

Usos[modifica | modifica el codi]

La fluorita és emprada per una gran varietat d'activitats. Els usos principals són la metal·lúrgia, la ceràmica i la indústria química; també és utilitzada en la indústria òptica i pels lapidaris. El fluoespar, el nom amb què s'anomena la fluorita quan es ven processada o en grans quantitats, es divideix en tres graus diferents: àcid, ceràmic i metal·lúrgic. El fluoespar de grau àcid es caracteritza per ser un material d'alta puresa utilitzat en la indústria química. Per a vendre's en aquest grau ha de contenir més d'un 97% de CaF2. Tot i que aquest grau té poques aplicacions, és un dels graus més venuts. És utilitzat principalment en la indústria química per a fabricar àcid fluorhídric (HF); a partir de l'àcid fluorhídric es fabriquen diversos productes com compostos químics de fluorocarboni, refrigerants, productes antiespuma i una àmplia varietat de productes químics amb fluor. El grau ceràmic conté entre un 85 i un 96% de CaF2. La majoria d'aquest material s'empra en la fabricació de vidre, ceràmica i altres utensilis. Principalment s'utilitza per a fabricar esmalts o realitzar tractaments que produeixen superfícies brillants i dures en vidres o ceràmiques (superfícies opalescents) i altres factors que augmenten l'atractiu i la durabilitat dels productes de vidre o ceràmica. La superfície de cocció antiadherent coneguda com a politetrafluoretilè o tefló es produeix amb fluor derivat de la fluorita. Les varietats transparents, com l'espat de fluor que té un lleu color, es tallen sobre atuells i altres ornaments, la varietat clorofana s'utilitza com a gemma. L'ús principal de la fluorita ha estat la producció d'àcid fluorhídric, material essencial en la fabricació de criolita sintètica i de fluorur d'alumini per a la indústria de l'alumini, i en moltes altres així com que aplicacions de la indústria química. La fluorita és un flux comú en la fosa d'acer. També és usada en la indústria del ciment per incorporar altres materials al clínquer i en la fabricació d'abrasius i articles de soldadura. També és usada, mitjançant complexos processos de tractaments, per a la fabricació d'objectius d'aparells òptics d'alta qualitat, com ara lents apocromàtiques en microscopis i telescopis.

Grup fluorita[modifica | modifica el codi]

El grup fluorita de minerals està integrat per tres espècies minerals, totes elles cúbiques, amb fórmula general MX2, on M pot ser calci, plom o estronci.[4]

Espècie Fórmula
Fluorita CaF2
Fluorocronita PbF2
Estronciofluorita SrF2

Referències[modifica | modifica el codi]

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 «Fluorite» (en anglès). Mindat. [Consulta: 26 octubre 2014].
  2. «Fluorite» (en anglès/alemany). MineralienAtlas. [Consulta: 26 abril2016].
  3. 3,0 3,1 3,2 «Fluorite» (en anglès). RRUFF. [Consulta: 26 abril2016].
  4. 4,0 4,1 «Fluorite Group» (en anglès). Mindat. [Consulta: 26 octubre 2014].
  5. «Discovery of fluorine» (en anglès). Fluoride History.
  6. Compilació d'Alexander Senning.. Elsevier's dictionary of chemoetymology : the whies and whences of chemical nomenclature and terminology (en anglès). Amsterdam: Elsevier, 2007, p. 149. ISBN 978-0-444-52239-9. 
  7. A. F. Wells, (1978), Química inorgánica estructural, Ed. Reverté, Barcelona, pàgs. 243-245
  8. Serra, A. «Osservazioni Spectroscopiche su Fluorine Colorate» (en italià). Ricerca Sci.e Ricostr [Roma], 17, 1947, pàg. 670-677.
  9. Mueller, G. «The distribution of colored varieties of fluorite within the thermal zones of Derbyshire mineral deposits». C.R. Congress Geol. Internation. Algiers., 15, 1954, pàg. 523-539.
  10. 10,0 10,1 Short, H.; Calas, G. «Color-centers associated rare-earth ions and the origin of coloration in natural fluorites». Phys. Chem. Minerals, 3, 1978, pàg. 117-131.
  11. Short, J.; Roy, R. «Confirmation of defect character in calcium fluoride-ytrium fluoride crystalline solution». J. Phys. Chem, 67, 1963, pàg. 1860-1861.
  12. 12,0 12,1 12,2 12,3 12,4 12,5 12,6 12,7 12,8 García Gil, M. F.; Fuente, P.; Povo, F. «La microdureza como indicador de la distorsión estructural en fluoritas naturales» (en castellà). Trabajos de geología, 11, 1981, pàg. 61-71.
  13. Stokes, G. G. «On the Change of Refrangibility of Light». Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 142, 1852, pàg. 463–562. DOI: 10.1098/rstl.1852.0022.
  14. Stokes, G. G. «On the Change of Refrangibility of Light. No. II». Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 143, 1853, pàg. 385–396, at p. 387. DOI: 10.1098/rstl.1853.0016. JSTOR: 108570.
  15. Przibram, K. «Fluorescence of Fluorite and the Bivalent Europium Ion». Nature, 135, 3403, 1935, pàg. 100. Bibcode: 1935Natur.135..100P. DOI: 10.1038/135100a0.
  16. McKeever, S. W. S.. Thermoluminescence of Solids. Cambridge University Press, 1988, p. 9. ISBN 0-521-36811-1. 
  17. «Phosphorescence» (en anglès). Mindat. [Consulta: 26 octubre 2014].
  18. «Stink-Fluss» (en anglès). Mindat. [Consulta: 26 octubre 2014].
  19. «Blue John» (en anglès). Mindat. [Consulta: 26 octubre 2014].
  20. «Chlorophane» (en anglès). Mindat. [Consulta: 26 octubre 2014].
  21. «Strontian Fluorite» (en anglès). Mindat. [Consulta: 26 octubre 2014].
  22. «Yttrocerite» (en anglès). Mindat. [Consulta: 26 octubre 2014].
  23. «Yttrofluorite» (en anglès). Mindat. [Consulta: 26 octubre 2014].
  24. «Ratovkite» (en anglès). Mindat. [Consulta: 26 octubre 2014].
A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Fluorita Modifica l'enllaç a Wikidata