Minerales fluorescentes

Mineralogía. Luminiscencia. Fosforescencia. Fluorita. Amatista. Calcita. Lámparas fluorescentes

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1- Historia de la luminiscencia

Entre los fenómenos luminosos han despertado interés aquellos que desprenden luz sin desprender calor, o que lo hacen sin una causa aparente, como un incendio, una hoguera o el paso de una corriente eléctrica. Desde hace mucho tiempo se conocen sustancias y animales que resplandecían en las sombras, por lo que despertaban la curiosidad y las supersticiones.

Las primeras referencias acerca de las luciérnagas y los gusanos luminiscentes aparecen en las crónicas chinas hace miles de años. Al cabo de unos años de esto, Aristóteles observó la luz emitida por los peces en descomposición y este, registró lo que había visto.

También el avistamiento de luminosidad en los mares tropicales dio lugar a extrañas leyendas, pero cuando eran contadas las tomaban como mentiras. Cristóbal Colón en su primer viaje dijo q vio esas luces.

En 1565, Nicolás Monarde escribió acerca del extraordinario color azul intenso de una parte acuosa de la madera. Esa misma solución fue estudiada casi 100 años más tarde en Alemania, Italia e Inglaterra. Los que llevaron a cabo el estudio decían que cuando la solución era iluminada con luz blanca aparecía una luz reflejada azul intensa, mientras que la luz transmitida era amuralla. Nadie identificó entonces esa luz azul intensa como emisión luminiscente hasta 1852, en que un físico inglés usando filtros y prismas demostró que la luz incidente de una región espectral era absorbida y transformada por la solución en una luz emitida en una región espectral diferente, de mayor longitud de onda. Demostró, con ayuda de este efecto, que el cuarzo es atravesado por las radiaciones ultravioletas, mientras que el vidrio ordinario no lo es. Esta emisión luminiscente desaparecía aparentemente de forma instantánea cuando se apagaba la luz incidente, tal como hacían los espatos minerales. El físico inglés le puso el nombre de fluorescencia derivado de fluorspar (espatos, en inglés).

La luminiscencia de los sólidos dicha por primera vez en 1603 por Vicenzo Cascariolo de Bolonia, quien calentó polvos de barita natural (BaSO4) con carbón y encontró que la mezcla resultante en forma de torta brillaba en la noche. Él observó que la piedra aparentemente se cargaba de luz solar por el día y brillaba durante horas en la oscuridad. Por esto se le llamó “piedra del Sol”. La piedra fue estudiada también por científicos italianos. Por su aspecto poroso también la denominaron “esponja solar”, en la suposición de que absorbiera la luz, tal como una esponja absorbe el agua.

En 1652, sin embargo, Nicolás Zucchi demostró, por medio de filtros ópticos, que el color de la luz emitida durante la noche era la misma que cuando la piedra era expuesta a la luz blanca o de otros colores, como azul o verde.

En 1640, Fortuna Liceti escribió la primera monografía acerca de la piedra de Bolonia a la que los griegos llamaban litósforo o piedra de fósforo, donde fósforo significaba “dador de luz”.

A partir de Cascariolo se designó como fosforescentes a las sustancias que presentaban la propiedad de brillar durante largo tiempo después de excitadas. El término luminiscencia fue introducido en 1888 por un químico alemán para abarcar los dos fenómenos, la fluorescencia y la fosforescencia, y definió a la luminiscencia como todos los fenómenos luminosos no causados solamente por el aumentote la temperatura.

Hoy en día, la luminiscencia se entiende como el proceso por el cual un material genera radiación no térmica (depende de las características del tipo de material). Así, la luminiscencia es la emisión de luz por medios diferentes a la combustión y por eso ocurre a temperaturas más bajas que las requeridas por la combustión. Un ejemplo de luminiscencia es la luz, o brillo, emitido por el dial de un reloj luminoso. La luminiscencia contrasta con la incandescencia, en que esta es la producción de luz por materiales calentados.

Cuando ciertos materiales absorben varios tipos de energía, una parte de la energía se emite como luz. Este proceso tiene dos pasos:

  • La energía incidente hace que los electrones de los átomos del material absorbente se exciten y salten de las órbitas internas de los átomos a las órbitas exteriores.

  • Cuando los electrones vuelven de nuevo a su estado original, emiten un fotón de luz.

  • El intervalo entre los dos pasos puede ser corto (menos de 0,0001 segundos) o largo (muchas horas). Si el intervalo es corto, el proceso se llama fluorescencia; si el intervalo largo, el proceso se llama fosforescencia. En ambos casos, la luz producida es casi siempre de menos energía, es decir, de longitud de onda más larga, que la luz excitante.

    El interior de las lámparas fluorescentes tiene recubrimientos similares, que absorben las invisibles, pero intensas componentes ultravioletas de la fuente de luz primaria y emite luz visible. También se presenta un espectáculo interesante al usar sustancias fluorescentes que son sensibles al ultravioleta, que al ser iluminados con esa luz producen un suave brillo azuloso, a esto se le da el hombre de lámparas de luz negra y se usa en teatros y espectáculos para lograr efectos luminosos, en la detección de minerales y en las pantallas de los equipos de rayos X.

    Un tipo especial de fluorescencia llamado emisión estimulada ocurre en el funcionamiento de un láser. En dependencia de la clase de excitación que produce la luminiscencia se le asignan diferentes nombres, que se señalan por prefijos, aunque en español se utiliza muchas veces un par de palabras como luminiscencia catódica en lugar de catodoluminiscencia, así tenemos 8 tipos distintos:

  • Quimioluminiscencia: Es causada por reacciones químicas, como cuando el fósforo amarillo se oxida en aire, emitiendo una luminiscencia verde. Si la reacción química ocurre en un organismo viviente, tal como la luciérnaga, el proceso se llama bioluminiscencia.

  • Bioluminiscencia: Emisión de luz por organismos vivientes, sin calor apreciable. La luz resulta de una reacción química de enzimas y ciertas otras sustancias en los organismos. Bacterias, algas, hongos y varios animales invertebrados tienen especies bioluminiscentes. Algunos peces de mares profundos están equipados con órganos que producen luminiscencia hacia la que se ve atraída la presa. La luz emitida por la luciérnaga hembra atare al varón para el apareamiento.

  • Roentgenluminiscencia: Luminiscencia producida por rayos X de altas energías al bombardear ciertos materiales; un ejemplo es la incidencia de los rayos X en una pantalla fluoroscópica.

  • Catodoluminiscencia: Es conocida también como electroluminiscencia y es debida a la excitación por electrones. Tiene lugar cuando ocurren descargas eléctricas en presencia de gases enrarecidos o con vapores de ciertas sustancias. De ahí los llamados rayos catódicos que se utilizan en las pantallas de diferentes tipos de dispositivos, como: televisores, radares, etc.

  • Anodoluminiscencia e ionoluminiscencia: Corresponden a la luminiscencia en ánodos debida a la acción de iones positivos sobre la sustancia

  • Radioluminiscencia: Es la luminiscencia producida por la acción de materiales radiactivos; se utiliza en los sistemas de centelleo para la detección y conteo de partículas. El término no es específico acerca de qué tipo de “emisión” proveniente de la radiactividad es la que la causa, es decir, alfa, beta o gamma.

  • Fotoluminiscencia: Es la creada cuando ciertos materiales son irradiados por luz visible o luz ultravioleta; un ejemplo es la fosforescencia de pinturas.

  • Sonoluminiscencia: Se ha observado en algunos líquidos orgánicos, es la luminiscencia producida por ondas sonoras de ultra altas frecuencias, o ultrasonidos.

  • El término termoluminiscente es inapropiado, ya que se utilizó cuando se pensaba que ciertos materiales presentaban luminiscencia cuando se les aumentaba la temperatura, esa emisión fue observada por Robert Boyle en un diamante, en realidad lo que ocurre es que el aumento de temperatura propicia la emisión fosforescente producida por otras causas diferentes al calentamiento.

    2- Luminiscencia y fluorescencia

    Luminiscencia se denomina a la emisión de luz por un mineral, que no es el resultado de incandescencia. Se la observa entre otros a minerales que contienen iones extraños llamados activadores.

    Los minerales fluorescentes se hacen luminiscentes cuando están expuestos a la acción de los rayos ultravioleta, X o catódicos.

    Las fluoritas de color intenso son minerales fosforescentes, que muestran luminiscencia al ser expuestos a los rayos ultravioleta.

    3- Fluorescencia y fosforescencia

    Los minerales que se hacen luminiscentes al ser expuestos a la acción de los rayos ultravioletas, rayos X o rayos catódicos, son fluorescentes, por el contrario, si la luminiscencia continúa después de haber sido cortada la excitación, se dice que el mineral es fosforescente.

    No existe una clara diferencia entre ambos ya que algunos que parecen fluorescentes siguen dando luz durante una fracción de segundo después de haberlos separado del rayo excitador.

    Los iones de los metales de transición son activadores eficaces. Los electrones excitados por la radiación corta invisible pasan a niveles de mayor energía. Cuando vuelven a su estado inicial emiten luz visible de la misma longitud de onda. Sin embargo, estos electrones excitados pueden recaer a un nivel energético intermedio, entonces emiten un fotón luminoso de menor energía que la proporcionada por la excitación original. Si ésta se realiza con luz ultravioleta, la fluorescencia se verifica comúnmente en el intervalo visible.

    En los minerales fosforescentes existe un tiempo de retardo entre la excitación de los electrones a un nivel de mayor energía y su retorno al estado fundamental. Los minerales varían en su capacidad de absorción de luz ultravioleta a una determinada longitud de onda. Así, algunos fluorescen con rayos ultravioleta de corta longitud de onda, otros de larga longitud de onda y otros indistintamente. El color de la luz emitida varía considerablemente con las longitudes de onda.

    Cabe decir que la fluorescencia es una propiedad imprevisible ya que mientras algunas muestras de un mineral la presentan, otros aparentemente semejantes no la presentan. Así sólo ciertas fluoritas, mineral que da nombre a esta propiedad fluorescen. Su fluorescencia azul normal puede proceder de la presencia de materia orgánica o de iones e tierras raras.

    Con el desarrollo de los fósforos sintéticos, la fluorescencia se ha convertido en un fenómeno observado corrientemente en las lámparas fluorescentes, pinturas, telas y cintas.

    La fluorescencia y la fosforescencia tienen muchas aplicaciones prácticas. La pantalla de los receptores de televisión se cubre con materiales fluorescentes, conocidos como fósforos, que brilla cuando es excitado por los rayos catódicos.

    La propiedad fluorescente de los minerales tiene también aplicaciones prácticas en la prospección de menas de minerales.

    4- El cuarto de las piedras

    4.1- Fluorita

    Este mineral es un fluoruro de calcio que cristaliza en forma de cubos, octaedros y combinaciones de ambos. Posee una gama de colores muy amplia, desde incoloros o blancos hasta verdes, rojos y amarillos; siendo las tonalidades violetas a moradas las más representativas.

    Se usa como fundente en la industria siderometalúrgica y en la fabricación de lentes ópticas de gran calidad. Se encuentra en muchos lugares, siendo España, y concretamente Asturias, uno de los países que ha dado los más interesantes ejemplares del mundo.

    Es un mineral corriente muy distribuido. Se encuentra generalmente en filones termales, en los que puede ser el mineral principal o la ganga junto a menas metálicas, especialmente de plomo y plata. Es común en dolomitas y calizas, y también como mineral accesorio menor en diversas rocas ígneas y pegmatitas. Está asociada a minerales muy diversos.

    Se usa especialmente como fundente en la fabricación de acero, en la fabricación de vidrio opalescente, en el esmaltado de utensilios de cocina, en a fabricación de ácido fluorhídrico (HF) y a veces como material ornamental en jarrones y platos.

    La fluorita óptica se emplea en pequeñas cantidades en la fabricación de prismas y de diversos sistemas ópticos, aunque la mayor parte del material se prepara ahora sintéticamente. También por sus propiedades luminiscentes se emplea como materia prima de los tubos fluorescentes

    La fluorita presenta termoluminiscencia y triboluminiscencia. La termoluminiscencia es la propiedad que poseen algunos minerales de producir luz visible cuando se calientan a una temperatura por debajo del rojo. Se observa especialmente en minerales no metálicos que contiene iones extraños como activadores. Cuando se calienta un mineral termoluminiscente, la luz visible inicial, normalmente débil, se acentúa entre los 50 y 100ºC y dicha luz cesa de ser emitida a temperaturas superiores a 475 ºC.

    La triboluminiscencia es la propiedad que poseen algunos minerales de hacerse luminosos al ser molidos, rayado o frotados. La mayor parte de los minerales que poseen esta propiedad son no metálicos, anhidros y poseen buena exfoliación.

    4.2- Amatista

    Esta variedad de cuarzo, es una de las piedras semipreciosas más apreciadas desde la antigüedad. Su color morado a violeta y sus cristales prismáticos terminados en punta son característicos de este mineral. Forma geodas y drusas de gran belleza, en ocasiones de gran tamaño.

    Sus aplicaciones están claramente relacionadas con la joyería, tanto por la talla de piezas como para la fabricación de piezas de ornamento.

    Los yacimientos de amatista más conocidos se localizan en Brasil, Uruguay, México y otros países. En España se han encontrado ejemplares notables en Girona, Sierra de Cartagena y Cabo de Gata.

    4.3- Calcita

    Es uno de los minerales más frecuentes de la corteza terrestre. Este carbonato de calcio presenta una gran variedad de formas cristalizadas, las más habituales romboedros y escalenoedros. Forman las estalactitas y estalagmitas de las cuevas y grutas más conocidas.

    Sus colores son también muy variados, predominando las tonalidades incoloras, blanquecinas y acarameladas. Se conocen más de treinta variedades distintas.

    Las calizas son rocas de origen sedimentario compuestas por calcita en su mayor parte. El mármol también está muy relacionado con ella.

    Las aplicaciones industriales de las calizas son básicas para nuestro desarrollo. Se utilizan para la fabricación de cemento, cal, morteros, fundentes en metalurgia y para la obtención de diversos compuestos de calcio en la industria química.

    En España poseemos importantes yacimientos de ejemplares bien cristalizados.

    Hay tres tipos distintos de yacimientos de la calcita:

    1) como mineral formador de rocas

    La calcita es uno de los minerales más corrientes y difundidos. Aparece como enormes y extensas masas de rocas sedimentarias, en las cuales la calcita es el mineral más importante, siendo el único mineral presente en ciertas calizas. Las calizas metamórficas cristalinas se conocen con el nombre de mármol. La caliza es constituyente importante de las margas y areniscas calcáreas. Las rocas calizas se han formado, en gran parte, por la deposición en grandes espesores, de material calcáreo a base de caparazones y esqueletos de los animales marinos, en el fondo de los mares; sólo una pequeña proporción de estas rocas se han formado directamente por la precipitación de CaCO3.

    2) como depósitos de cuevas, etc.

    Las aguas calcáreas al evaporarse en las cuevas formadas en las calizas, depositan con frecuencia calcita en forma de estalactitas, estalagmitas e incrustaciones. La calcita es generalmente semitraslúcida y de color amarillento claro. Las aguas de fuentes calcáreas, frías o calientes, forman alrededor del manantial depósitos de calcita que se conoce con el nombre de travertino o tufa. En las regiones calizas se hallan numerosos depósitos de travertino células.

    3) calizas silíceas

    Los cristales de calcita pueden incluir a veces cantidades considerables de arenas silíceas y formas lo que se conoce con el nombre de cristales de areniscas. La calcita es un mineral primario en las rocas ígneas, como carbonitos. Es el producto último de cristalización en las cavidades que se presentan en las lavas. También es un mineral común en las venas hidrotermales, asociadas a las menas de sulfuros. Resultaría completamente imposible citar todos los distritos importantes donde existen yacimientos de calcita en sus diversas formas. Algunas localidades son notables por hallarse calcita muy bien cristalizada.

    4.4- Turmalina

    Este silicato de fórmula muy compleja se presenta en cristales prismáticos y sección triangular redondeada. De colores intensos, negro, verde oscuro, rosado, azul, etc., es considerada desde la antigüedad como una piedra semipreciosa.

    Además de las turmalinas negras (chorlos), las variedades más apreciadas son la elbaíta-verdelita (color verde), la rubelita (rosada), indigolita (azul). También son cristales bicolores y tricolores.

    Sus aplicaciones industriales, además de su empleo en joyería de las variedades transparentes, se centran en el aprovechamiento de sus propiedades ópticas en cristales polarizadores y otras, tales como sus propiedades piroeléctricas y piezoeléctricas, en componentes electrónicos.

    5- Minerales

    5.1- Scheelita

    Los yacimientos están en pegmatitas graníticas, depósitos de metamorfismo de contacto y filones de altas temperaturas asociados a rocas graníticas. Se encuentra en filones de oro-plata-cuarzo.

    Es una mena del wolframio. La wolframita proporciona la mayor parte de la producción mundial de wolframio, pero la scheelita es mucho más importante en los EEUU.

    5.2- Cerusita

    Es una importante mena supergénica de plomo, muy distribuida, formada por la acción de aguas carbónicas sobre la galena. Está asociada tanto a minerales primarios como a secundarios.

    5.3- Anglesita

    Es un mineral supergénico de plomo corriente. Se forma por la oxidación de la galena, bien sea directamente a sulfato, como se prueba por las capas concéntricas de anglesita rodeando núcleos de galena inalterada, o por la solución y redeposición subsiguiente. Se halla en las partes superiores oxidadas de los filones de plomo, asociada a otros minerales.

    Se usa como mena secundaria del plomo.

    5.4- Nefelina

    Es un mineral componente de las rocas que se encuentra en las rocas extrusivas e intrusitas deficientes en silicatos.

    La nefelina sin hierro, por su gran contenido de alúmina, se ha empleado en lugar del feldespato en la industria del vidrio. La mayor parte de la nefelina para este fin procede de Ontario. La nefelina, producida como subproducto de las minas de apatito en la península de Kola, la emplean los rusos en diversas industrias como cerámica, cuero, textil, etc.

    5.5- Aragonito

    Es un mineral menos estable que la calcita y mucho menos corriente. Se forma en condiciones fisicoquímicas muy determinadas, a bajas temperaturas en depósitos superficiales. Se ha demostrado experimentalmente que las aguas carbónicas que contienen calcio depositan aragonito en caliente y calcita en frío. El nácar de muchas conchas y de la propia perla, son de aragonito. Las fuentes hidrotermales lo depositan, se haya asociado a capas de yeso y depósitos de hierro, en donde adquiere formas parecidas al coral, llamados flor del hiero. También formando cortezas fibrosas en la serpentina y cavidades amigdaloides en los basaltos. La presencia de aragonito en algunas rocas metamórficas es el resultado de la recristalización a altas presiones y temperaturas relativamente bajas.

    6-Lámparas fluorescentes

    Estas lámparas son una de las aplicaciones de los minerales fluorescentes. Son lámparas de descarga eléctrica en atmósfera de vapor de mercurio a baja presión y un gas inerte. La descarga se produce en un recipiente tubular de gran longitud con relación a su diámetro, sobre cuya pared interior se ha depositado una fina capa de sustancias minerales fluorescentes. En las extremidades del tubo se sitúan los electrodos. El tubo se rellena de argón a algunos milímetros de presión, y de una pequeña cantidad de mercurio.

    Su funcionamiento es el siguiente: al aplicar una tensón adecuada a los electrodos de la lámpara, se produce una descarga eléctrica entre ellos; los electrones procedentes de los cátodos invaden el espacio interelectródico, chocando con los átomos de mercurio que existen en dicho espacio. A consecuencia de estos choques una parte de los átomos se ioniza, aumentando así la corriente de descarga, pero la mayor pare de los átomos de mercurio se excitan. Ahora bien, la baja presión que existe en el interior del tubo es la causa de que la excitación de los á tomos de mercurio se emitan, casi exclusivamente, radiaciones ultravioletas. Estas radiaciones excitan a su vez materias fluorescentes depositadas en las paredes del tubo se emitirán radiaciones de mayor longitud de onda, es decir, radiaciones visibles.

    La eficacia luminosa resulta mucho mayor las de incandescencia, del orden de 5 veces mayor, ya que apenas se produce calentamiento por lo que la electricidad se destina casi totalmente a la obtención de la propia luz. Además presentan una duración de hasta 8 veces superior a la de incandescencia.

    No pueden, por su naturaleza, alimentarse directamente de corriente continua. Necesitan el empleo de elementos conocidos con el nombre de reactancias electrónicas o balastros capaces, mediante un transistor que funciona a alta frecuencia, de producir la descarga en el tubo fluorescente, encendiéndolo. Los balastros deben estar protegidos contra inversión de polaridad y funcionamiento en vacío y se fabrican en toda la gama de potencias cubiertas por los tubos fluorescentes.

    BIBLIOGRAFÍA

    Internet

    Manuel de mineralogía de Dana

    ÍNDICE

  • Historia de la luminiscencia

  • Luminiscencia y fluorescencia

  • Fluorescencia y fosforescencia

  • El cuarto de las piedras

  • Fluorita

  • Amatista

  • Calcita

  • Turmalina

  • Minerales

  • Scheelita

  • Cerusita

  • Anglesita

  • Nefelina

  • Aragonito

  • Lámparas fluorescentes

  • Sheila Rodríguez

    Vanessa Carrasco